Caratteristiche e applicazioni dei trasformatori a secco

Attualmente, i trasformatori di potenza a secco cinesi sono per lo più trifase a formatura solida della serie SC, come ad esempio: il trasformatore trifase ad avvolgimento serie SCB9, il trasformatore trifase a lamina serie SCB10 e il trasformatore trifase a lamina serie SCB9. Il loro livello di tensione è generalmente compreso tra 6 e 35 kV, con una capacità massima fino a 25 MVA. I trasformatori a secco si dividono principalmente in trasformatori a secco impregnati e trasformatori a secco in resina.

1. Trasformatore a secco impregnato

Nei trasformatori a secco impregnati di produzione cinese, il filo è rivestito con filo di vetro e il cuscinetto è pressato a caldo con il materiale isolante corrispondente. Questi trasformatori sono utilizzati principalmente in centrali idroelettriche e grattacieli, dove presentano una buona resistenza al fuoco.

A causa della differenza nella vernice impregnante, l'isolamento del trasformatore è suddiviso in B, F, H, C, isolamento principale e verticale (isolamento principale tra avvolgimento e avvolgimento e tra avvolgimento e isolamento del nucleo).

L'isolamento verticale si riferisce all'isolamento tra punti e parti differenti dell'avvolgimento del trasformatore con potenziali diversi, includendo principalmente le prestazioni di isolamento tra spire, strati e sezioni dell'avvolgimento. L'aria viene utilizzata come mezzo isolante.

Questo tipo di trasformatore risente maggiormente dell'influenza dell'ambiente rispetto al trasformatore a secco di tipo a resina, inoltre ha un aspetto e un peso maggiori e la sua potenza, sia in patria che all'estero, tende a diminuire.

Sono presenti guarnizioni terminali su entrambe le estremità dell'avvolgimento, non temono le correnti, hanno una forte resistenza al fuoco, prevengono gli incendi in presenza di fiamme libere a 750 ℃, e rappresentano un tipo relativamente nuovo di trasformatore a secco. 1.2 I trasformatori a secco in resina, in rappresentanza dei principali prodotti nazionali odierni, possono essere suddivisi nelle tre categorie seguenti.

Il primo tipo, denominato trasformatore a fusione con filo avvolto, ha la sua alta tensione realizzata con fusione a cilindro di rottura con filo avvolto, mentre la bassa tensione è realizzata con fusione a cilindro (o cilindro segmentato) con filo avvolto; Li Qian, Shaanxi provincial Electric Power (group) Co., LTD. Nota per fusione senza materiale di riempimento.

Il secondo tipo, denominato trasformatore di fusione con avvolgimento a lamina, ha un avvolgimento a lamina segmentata ad alta tensione e un avvolgimento a lamina di rame (o alluminio) a bassa tensione; la fusione è realizzata con materiale di riempimento.

Il terzo tipo, tipo di colata ad alta pressione per cilindro di rottura avvolto con filo, tipo di avvolgimento a bassa pressione con lamina di rame (o lamina di alluminio); la fusione viene eseguita senza materiale di riempimento.

I tre tipi di prodotti sopra descritti presentano caratteristiche proprie in termini di produzione e prestazioni, e attualmente detengono una certa quota di mercato. In questo articolo, ci concentreremo sulla discussione dei trasformatori a filo avvolto realizzati con la tecnica del pouring.

2. Trasformatore in fusione con avvolgimento di filo

2.1. Caratteristiche strutturali

Nella seconda centrale elettrica di Baoji, nella provincia dello Shaanxi, i trasformatori a secco utilizzati nello stabilimento sono tutti trasformatori a colata con avvolgimento di filo, con tensione nominale di 6 kV, potenza da 100 kVA a 1600 kVA e installazione interna.

Gli avvolgimenti ad alta e bassa tensione del prodotto sono realizzati in filo di rame, completamente avvolti, rinforzati con fibra di vetro, con isolamento sottile, resina senza riempitivo, colata impregnata sotto vuoto e polimerizzati secondo la specifica curva di polimerizzazione a temperatura controllata.

L'avvolgimento ad alta tensione adotta una speciale struttura cilindrica segmentata, mentre l'avvolgimento a bassa tensione adotta un tipo cilindrico multistrato, un tipo cilindrico segmentato o un tipo cilindrico segmentato speciale a seconda del livello di tensione.

2.2 Caratteristiche tecniche

2.2.1 La resistenza all'impatto del filo avvolto dell'avvolgimento ad alta tensione del trasformatore adotta una speciale struttura cilindrica sezionale, questa struttura è basata sull'avvolgimento a bobina a sezione comune, il tipo cilindrico a sottosezione ordinaria eredita i vantaggi della resistenza all'impatto dell'avvolgimento a bobina e risolve la contraddizione tra lo strato di avvolgimento a bobina ad alta tensione, è una struttura di avvolgimento ideale, è spesso chiamata struttura di avvolgimento non risonante.

Rispetto al cilindro segmentato ordinario, il cilindro segmentato speciale può ridurre ulteriormente la tensione tra gli strati, migliorare la distribuzione della tensione e aumentare notevolmente la resistenza agli urti per resistere alle sovratensioni atmosferiche e alle sovratensioni di esercizio.

La resistenza agli urti non è legata solo alla struttura dell'avvolgimento, ma dipende anche dalla qualità della fusione dell'avvolgimento stesso e dalle proprietà elettriche del materiale isolante.

Una volta completato l'avvolgimento del prodotto, questo viene colato con resina pura sottovuoto, senza aggiunta di riempitivi, in modo da non ridurre le prestazioni di fluidità della resina.

E poiché l'avvolgimento è realizzato con filo, la resina può saturare completamente l'avvolgimento, sia in direzione assiale che radiale, senza la formazione di bolle all'interno.

Abstract: Questo articolo introduce la classificazione e le caratteristiche dei trasformatori a secco e si concentra sulle caratteristiche strutturali dei trasformatori a fusione con avvolgimento di filo, sulle caratteristiche tecniche, sul sistema di raffreddamento, sul sistema di controllo della temperatura e così via, riassumendo le prospettive di sviluppo dei trasformatori a secco. Parole chiave: trasformatore a secco; classificazione dei trasformatori a fusione con avvolgimento di filo.

Composto da resina e fibra di vetro, questo isolante solido non solo offre una buona resistenza agli urti, ma riduce al minimo le scariche locali.

2.2.2. Buona resistenza meccanica e forte resistenza ai cortocircuiti. Per l'avvolgimento di filo di tipo cilindrico segmentato, dopo la colata sottovuoto, la resina può essere impregnata tra strati, spire e sezioni dell'avvolgimento in un'unica soluzione.

Dopo la polimerizzazione, la resina, il filo e la fibra di vetro si combinano saldamente per formare una struttura rigida e resistente. Le elevate proprietà meccaniche di resistenza della struttura determinano che i prodotti ottenuti dalla fusione con avvolgimento di filo abbiano una buona resistenza ai cortocircuiti.

Il coefficiente di dilatazione termica del materiale isolante composito formato da resina polimerizzante e fibra di vetro è (18 ~ 20)×10-6/K, e il coefficiente di dilatazione del rame utilizzato nell'avvolgimento è 17×10-6/K, che è sostanzialmente vicino ai due. Elimina lo stress meccanico tra il conduttore dell'avvolgimento e il materiale isolante causato dalla dilatazione termica e dalla contrazione a freddo durante il funzionamento del trasformatore. Elimina alla radice il fenomeno della fessurazione.

Poiché il prodotto è realizzato mediante colata di resina ad alta e bassa pressione e il nucleo in ferro è rivestito di resina, presenta un'elevata resistenza all'umidità e alla corrosione. Può funzionare a lungo anche con un'umidità relativa dell'aria del 100%.

Grazie all'elevatissima rigidità dielettrica dell'isolamento composito, costituito da resina pura e fibra di vetro, lo spessore dell'isolamento superficiale del prodotto è di soli 1,5 ~ 2 mm, il che migliora notevolmente l'efficienza di dissipazione del calore della superficie di avvolgimento.

2.3. Sistema di raffreddamento e protezione

I trasformatori a secco vengono raffreddati mediante raffreddamento ad aria naturale e raffreddamento a circolazione forzata d'aria. Il raffreddamento ad aria naturale viene adottato per garantire il normale funzionamento del trasformatore a carico nominale. I trasformatori a secco utilizzati nella centrale elettrica Baoji n. 2 sono tutti raffreddati ad aria forzata tramite ventilatore radiale.

Dopo il raffreddamento tramite circolazione forzata dell'aria, la capacità dei trasformatori a secco con potenza pari o inferiore a 800 kVA può essere aumentata del 40%, mentre quella dei trasformatori a secco con potenza pari o superiore a 800 kVA può essere aumentata del 50%, consentendo il funzionamento continuo.

I trasformatori a secco hanno generalmente un grado di protezione IP00, ovvero sono privi di involucro e adatti all'uso interno. La seconda centrale elettrica di Baoji utilizza questa modalità di protezione. Su richiesta dell'utente, è possibile aggiungere un involucro protettivo.

L'involucro IP20 impedisce l'ingresso di corpi estranei solidi di dimensioni superiori a 12 mm e fornisce una barriera alle parti sotto tensione. Quando si adotta la protezione IP23, oltre alla funzione di protezione IP20, si ottiene anche la protezione dagli spruzzi d'acqua.

2.4. Sistema di controllo della temperatura

Il funzionamento sicuro e affidabile e la durata di vita di un trasformatore di potenza dipendono in larga misura dall'isolamento sicuro e affidabile degli avvolgimenti del trasformatore. Il superamento della temperatura di isolamento da parte dell'avvolgimento è una delle principali cause del danneggiamento dell'isolamento e del conseguente malfunzionamento del trasformatore.

Il trasformatore a filo avvolto della serie SC adotta il sistema di protezione e controllo automatico della temperatura XMTB. Un elemento termoresistenza al platino, integrato nella prima spira dell'avvolgimento di bassa tensione, rileva automaticamente l'aumento di temperatura dell'avvolgimento, visualizza la temperatura dell'avvolgimento trifase di bassa tensione e fornisce la relativa protezione termica.

Con la variazione della temperatura ambiente e del carico, quando l'avvolgimento raggiunge la temperatura limite, il regolatore di temperatura invierà automaticamente un segnale per controllare l'avvio della ventola (110 ℃), l'arresto della ventola (90 ℃), l'allarme (120 ℃) ​​e lo sgancio (145 ℃), in modo che il prodotto disponga di una protezione affidabile contro i sovraccarichi durante il funzionamento.

I trasformatori a filo avvolto della serie SC3 adottano la tecnologia brevettata M&C per il rilevamento e il controllo della temperatura degli avvolgimenti del trasformatore, e producono un regolatore di temperatura in grado di rilevare direttamente la temperatura degli avvolgimenti e realizzare il controllo del raffreddamento ad aria forzata (AF), l'allarme di sovratemperatura e l'intervento di protezione per sovratemperatura del trasformatore.

Dopo la normale fase di debug del regolatore di temperatura, il trasformatore viene prima messo in funzione in rete e poi il regolatore di temperatura viene alimentato per il funzionamento. Il regolatore di temperatura è in modalità di controllo automatico e vengono eseguite le funzioni di rilevamento e protezione della temperatura del trasformatore. Quando la temperatura dell'avvolgimento supera i 110 °C, il regolatore di temperatura avvia la ventola per il raffreddamento forzato; se la temperatura dell'avvolgimento scende al di sotto dei 90 °C sotto raffreddamento ad aria forzata, la ventola si arresta.

Se la temperatura dell'avvolgimento aumenta ulteriormente, il regolatore di temperatura emetterà un allarme di sovratemperatura (155 ℃) e un segnale di intervento per sovratemperatura (170 ℃). In caso di guasto del regolatore di temperatura, che non può essere rimosso temporaneamente, è necessario rimuoverlo; il trasformatore può continuare a funzionare, ma è sufficiente monitorarlo e assicurarsi che sia in condizioni operative normali.

3. Confronto tra trasformatore a secco e trasformatore immerso in olio

I notevoli vantaggi e il basso costo dei trasformatori a bagno d'olio sono difficilmente sostituibili da altri tipi di trasformatori. Per le applicazioni esterne e per la protezione antincendio in luoghi comuni, attualmente e per un lungo periodo di tempo, i trasformatori a bagno d'olio continueranno a essere la soluzione principale.

Tuttavia, per i luoghi con elevati requisiti di protezione antincendio, vengono utilizzati trasformatori a secco o a liquido non infiammabile. Il trasformatore a secco ha una maggiore capacità di sovraccarico rispetto al trasformatore immerso in olio, principalmente perché la densità di corrente del trasformatore a secco è inferiore, la capacità termica è elevata e la costante di tempo dell'avvolgimento è elevata.

Rispetto ai trasformatori immersi in olio, le condizioni operative di isolamento dei trasformatori a secco sono migliorate. I trasformatori immersi in olio trovano impiego in un maggior numero di luoghi, con una maggiore probabilità di installazione all'esterno.

Il campo di alimentazione dei trasformatori a secco è limitato, con una maggiore idoneità all'uso in ambienti interni. Rispetto ai trasformatori immersi in olio, presentano un'ampiezza di tensione del fulmine inferiore, una velocità di scarica più bassa e una minore probabilità di essere colpiti da un fulmine.

I trasformatori a secco sono spesso protetti da scaricatori a ossido di metallo, che limitano non solo le sovratensioni atmosferiche, ma anche quelle interne.