I trasformatori immersi in olio-, in quanto apparecchiature chiave nei sistemi di distribuzione dell'energia per imprese industriali e minerarie ed edifici civili, svolgono l'importante compito di ridurre la tensione delle reti ad alta tensione da 10(6)kV o 35kV-alla tensione del bus di 230/400 V per soddisfare le esigenze di alimentazione degli utenti. Questo tipo di trasformatore è adatto per alimentatori CA 50(60)Hz, con una capacità nominale massima trifase di 2500 kVA e una capacità nominale massima monofase di 833 kVA (ma i trasformatori monofase generalmente non sono consigliati). Può essere utilizzato all'interno o installato all'esterno. Per i trasformatori con capacità pari o inferiore a 315 kVA, può essere installato anche direttamente su palo. Inoltre, presenta determinati requisiti relativi alle condizioni ambientali, tra cui l'intervallo di temperatura ambientale, la temperatura media giornaliera massima, la temperatura media annuale massima, l'umidità relativa e l'altitudine. Se le condizioni di utilizzo effettive non sono conformi a queste normative, è necessario apportare adeguate modifiche alle quote secondo lo standard GB6450-86.
1. Distinzione di fase I trasformatori-immersi in olio possono essere suddivisi in trasformatori trifase-e trasformatori monofase-. Nei sistemi di alimentazione tri-fase, i trasformatori trifase-sono la scelta convenzionale. Tuttavia, quando la capacità è troppo grande o le condizioni di trasporto sono limitate, è possibile utilizzare tre trasformatori monofase-per formare un banco di trasformatori per soddisfare la domanda.
2. Classificazione degli avvolgimenti
I trasformatori possono essere classificati in trasformatori a due-avvolgimenti e trasformatori a tre-avvolgimenti in base al numero di avvolgimenti. I trasformatori a due-avvolgimenti sono del tipo comune, con due avvolgimenti sul nucleo: uno come avvolgimento primario e l'altro come avvolgimento secondario. I trasformatori a tre-avvolgimenti sono generalmente adatti per capacità maggiori (oltre 5600 kVA) e questi trasformatori possono collegarsi a tre diverse linee di trasmissione di tensione. Inoltre in alcune applicazioni particolari vengono utilizzati anche trasformatori Satins con più avvolgimenti.
3. Classificazione strutturale
I trasformatori possono essere classificati in trasformatori di tipo nucleo-e trasformatori di tipo guscio-in base alle loro caratteristiche strutturali. Nei trasformatori di tipo a nucleo-, gli avvolgimenti sono solitamente avvolti attorno all'esterno del nucleo, mentre nei trasformatori di tipo a guscio-, il nucleo si trova attorno agli avvolgimenti. Questi due tipi di trasformatori presentano lievi differenze strutturali, ma i loro principi di funzionamento non sono fondamentalmente diversi. In pratica, la stragrande maggioranza dei trasformatori comunemente utilizzati nei sistemi di alimentazione sono di tipo core-.
Inoltre, i trasformatori contengono anche altri componenti chiave, come il nucleo, gli avvolgimenti, il serbatoio dell'olio, il conservatore dell'olio, le boccole isolanti, i commutatori e i relè del gas, che insieme costituiscono la struttura completa del trasformatore.
4. Nucleo Essendo il nucleo del circuito magnetico del trasformatore, il nucleo svolge un ruolo cruciale. Durante il funzionamento del trasformatore, il nucleo genera calore a causa dell'isteresi e delle perdite per correnti parassite. Per ridurre efficacemente questa perdita di calore e ridurre al minimo le dimensioni e il peso del trasformatore, per costruire il nucleo vengono generalmente utilizzate lamiere di acciaio al silicio a grani orientati laminate a freddo-a grani orientati-con elevata permeabilità e uno spessore inferiore a 0,35 mm. Inoltre, in base alla disposizione degli avvolgimenti all'interno del nucleo, i trasformatori possono essere classificati in due tipi: tipo a nucleo-e tipo a guscio-.
Nei trasformatori di grande-capacità, per garantire che il calore generato dalle perdite del nucleo venga effettivamente trasportato dall'olio isolante durante la circolazione, ottenendo così un buon raffreddamento, il nucleo è solitamente progettato con canali dell'olio di raffreddamento dedicati.
5.Avvolgimenti Gli avvolgimenti sono un componente chiave del trasformatore, responsabili della conversione dell'energia elettrica in energia magnetica e quindi di nuovo in energia elettrica. Nei trasformatori, gli avvolgimenti sono generalmente costruiti con filo di rame o alluminio isolato per ridurre le perdite conduttive. Allo stesso tempo, i materiali isolanti vengono utilizzati per avvolgere e isolare gli avvolgimenti per garantire prestazioni di isolamento e dissipazione del calore. In base alla disposizione degli avvolgimenti all'interno del nucleo, i trasformatori possono essere classificati in due tipi: tipo a nucleo-e tipo a mantello-.
Gli avvolgimenti e il nucleo costituiscono insieme i componenti principali di un trasformatore. Durante il funzionamento del trasformatore, gli avvolgimenti sviluppano calore a causa della propria resistenza o della resistenza di contatto in corrispondenza delle giunzioni; questo fenomeno può essere spiegato dalla legge di Joule.
Gli avvolgimenti sono componenti critici in un trasformatore e il loro corretto funzionamento è essenziale per le prestazioni del trasformatore. Tuttavia, gli avvolgimenti potrebbero riscontrare vari problemi durante il funzionamento. Innanzitutto, il calore viene generato a causa della resistenza propria degli avvolgimenti o della resistenza di contatto sui giunti, un fenomeno fisico rivelato dalla legge di Joule. Pertanto, gli avvolgimenti devono evitare di condurre correnti superiori alla corrente nominale per periodi prolungati per evitare il surriscaldamento. Inoltre, quando passa una corrente di cortocircuito-, si genera una forza elettromagnetica significativa sugli avvolgimenti, causando potenzialmente gravi danni al trasformatore.
Esistono vari tipi di avvolgimenti del trasformatore, i più basilari sono gli avvolgimenti concentrici e interfogliati. I principali guasti che potrebbero verificarsi a questi avvolgimenti includono cortocircuiti tra-giri e cortocircuiti sull'involucro. I cortocircuiti tra-turne possono essere causati dall'invecchiamento dell'isolamento, dal funzionamento in sovraccarico o da danni meccanici durante i cortocircuiti-attraverso. I cortocircuiti tra le spire possono verificarsi anche quando il livello dell'olio nel trasformatore scende, causando l'esposizione di parti degli avvolgimenti sopra la superficie dell'olio. Allo stesso tempo, la sovracorrente durante un cortocircuito passante-può deformare gli avvolgimenti, danneggiando ulteriormente l'isolamento e innescando così un cortocircuito inter-spira.
Quando si verifica un cortocircuito tra-spira, la corrente nell'avvolgimento in corto-circuito potrebbe superare il valore nominale, ma la corrente dell'intero avvolgimento potrebbe comunque rientrare nel limite. In questo caso può intervenire il dispositivo di protezione gas e nei casi più gravi può intervenire anche il dispositivo di protezione differenziale. I cortocircuiti sull'involucro possono essere causati anche dall'invecchiamento dell'isolamento, dall'umidità dell'olio, dal calo del livello dell'olio o da fulmini e sovratensioni operative. Inoltre, la sovracorrente durante un cortocircuito passante- può anche causare la deformazione dell'avvolgimento, portando ad un cortocircuito sull'involucro. Questo tipo di cortocircuito normalmente innesca il funzionamento del dispositivo di protezione del gas e del dispositivo di protezione di terra.
6. Serbatoio dell'olio I componenti principali di un trasformatore-immerso nell'olio-gli avvolgimenti e il nucleo-sono alloggiati in un serbatoio dell'olio riempito con olio del trasformatore. Questo tipo di serbatoio dell'olio è generalmente saldato da piastre di acciaio ed è progettato per fornire una robusta protezione meccanica e un eccellente raffreddamento. Per i trasformatori di medie e piccole dimensioni, il serbatoio è solitamente composto da due parti: il mantello del serbatoio e il coperchio del serbatoio. Il corpo del trasformatore è alloggiato all'interno del mantello, mentre l'apertura del coperchio del serbatoio facilita l'ispezione e la manutenzione del corpo.
Inoltre, i trasformatori possono essere suddivisi in due categorie principali in base ai metodi di isolamento e raffreddamento: a olio-a bagno d'olio e a secco-. Nei trasformatori immersi in olio-, il nucleo e gli avvolgimenti sono immersi insieme nell'olio del trasformatore, migliorando così le prestazioni di isolamento e ottimizzando le condizioni di raffreddamento. Tuttavia, i trasformatori di tipo-a secco vengono utilizzati anche in alcune applicazioni specifiche, come l'illuminazione stradale e quella delle miniere.
1. I trasformatori immersi in olio-non chiusi-, come le serie S8, S9 e S10, sono comunemente utilizzati nelle imprese industriali e minerarie, nell'agricoltura e nell'edilizia civile.
2. I trasformatori chiusi in olio-, inclusi modelli come S9, S9-M e S10-M, sono particolarmente adatti per ambienti complessi con livelli elevati di petrolio e sostanze chimiche, come quelli delle industrie petrolifere e chimiche.
3. I trasformatori sigillati-immersi in olio, come le serie BS9, S9-, S10-, S11-MR, SH e SH12-M, sono ampiamente utilizzati per la distribuzione dell'energia in vari luoghi, tra cui imprese industriali e minerarie, agricoltura ed edifici civili.
Inoltre, esistono trasformatori progettati per scopi specifici, come trasformatori ad alta-tensione per test, trasformatori per forni elettrici, trasformatori per saldatura e trasformatori utilizzati nei circuiti a tiristori. Sono indispensabili anche trasformatori di tensione e trasformatori di corrente per strumenti di misura.
UN. L'avvolgimento a bassa-tensione di un trasformatore-immerso in olio, a meno che non si utilizzi un conduttore in rame in un modello di-capacità ridotta, utilizza in genere un design cilindrico con avvolgimento in lamina di rame. L'avvolgimento ad alta-tensione utilizza una struttura cilindrica multi-strato. Questo design aiuta a mantenere una distribuzione bilanciata di ampere{8}}giri, riduce il flusso di dispersione e migliora la resistenza meccanica e la capacità di resistenza ai cortocircuiti-.
B. Per garantire la stabilità, sia il nucleo che gli avvolgimenti sono fissati con dadi auto-bloccanti per resistere agli urti durante il trasporto. Inoltre, la struttura senza nucleo permette al trasformatore di sopportare maggiori urti durante il trasporto.
C. Durante la produzione, sia le bobine che il nucleo vengono sottoposti ad essiccazione sotto vuoto e vengono utilizzati processi di filtrazione dell'olio e iniezione sotto vuoto per garantire che i livelli di umidità interna siano ridotti al minimo.
D. Il serbatoio dell'olio presenta un design ingegnoso con lamiere ondulate, che hanno una funzione di respirazione per compensare le variazioni di volume dell'olio causate dalle variazioni di temperatura, eliminando così la necessità di un conservatore dell'olio e riducendo l'altezza del trasformatore.
e. Grazie all'utilizzo di lamiere ondulate, l'olio del trasformatore è isolato dall'aria esterna, prevenendo efficacemente l'intrusione di ossigeno e umidità, mantenendo così eccellenti prestazioni di isolamento.
F. In sintesi, queste caratteristiche di progettazione garantiscono collettivamente che i trasformatori immersi nell'olio-non richiedano cambi d'olio in condizioni di carico normali, riducendo significativamente i costi di manutenzione e prolungandone sostanzialmente la durata.
In situazioni con un numero elevato di carichi primari o secondari, si consiglia di configurare due o più trasformatori. In questo modo, anche se un trasformatore si disconnette, la capacità dei rimanenti trasformatori può soddisfare la richiesta di potenza dei carichi primari e secondari. Contemporaneamente, i carichi primari e secondari dovrebbero essere concentrati il più possibile per evitare un'eccessiva dispersione.
Quando la capacità di carico stagionale è elevata, si consigliano trasformatori dedicati. Gli esempi includono i carichi di refrigerazione dell'aria condizionata e i carichi di riscaldamento elettrico di riscaldamento in grandi edifici civili. Nelle applicazioni con carichi altamente concentrati si consigliano trasformatori dedicati. Ciò include grandi apparecchiature di riscaldamento, grandi macchine a raggi X-e forni elettrici ad arco.
Se il carico di illuminazione è elevato o se la condivisione di un trasformatore per l'alimentazione e l'illuminazione influisce in modo significativo sulla qualità dell'illuminazione e sulla durata della lampadina, è possibile installare un trasformatore di illuminazione dedicato. In genere, l'alimentazione e l'illuminazione condividono un unico trasformatore.
7. Ambiente operativo:
In condizioni ambientali normali, sia i trasformatori di tipo-a bagno d'olio che quelli a secco-sono opzioni praticabili. Questi trasformatori sono adatti per imprese industriali e minerarie, sottostazioni indipendenti o collegate in agricoltura e sottostazioni indipendenti in aree residenziali. I modelli di trasformatore disponibili includono S8, S9, S10, SC(B)9 e SC(B)10. Inoltre, è necessario considerare l'impatto della temperatura sulla scelta del trasformatore.
① Questi trasformatori possono mantenere un funzionamento stabile a lungo-termine a 220 gradi.
② Possono resistere facilmente a shock termici-a breve termine-alti di 350 gradi.
③ Questi trasformatori mantengono prestazioni eccellenti indipendentemente da ampie variazioni di temperatura o fluttuazioni di umidità.
④ A 250 gradi, non si scioglieranno, non scorreranno o non supporteranno la combustione.
⑤ Ancora più notevole, questi trasformatori non rilasciano gas tossici o corrosivi anche a temperature estreme fino a 750 gradi.
Inoltre, questi trasformatori hanno un'eccellente capacità di carico, in grado di soddisfare le richieste di potenza in varie condizioni operative complesse.
Quando si determina la capacità dei trasformatori di distribuzione, è necessario considerare in modo globale la capacità delle varie apparecchiature elettriche e calcolare il carico (di solito escludendo il carico di protezione antincendio). La capacità apparente compensata è la base principale per selezionare la capacità e il numero del trasformatore. Tipicamente, il fattore di carico del trasformatore viene mantenuto a circa l'85%. Questo metodo è relativamente semplice e adatto per la stima della capacità.
Secondo le raccomandazioni GB/T17468-1998 "Linee guida per la selezione dei trasformatori di potenza", la selezione della capacità dei trasformatori di distribuzione deve essere combinata con GB/T15164-94 "Linee guida sul carico per trasformatori di potenza immersi in olio" o GB/T17211-1998 "Linee guida sul carico per trasformatori di potenza a secco" e determinata in base al carico calcolato. Le due linee guida sopra menzionate forniscono programmi informatici e diagrammi di carico del ciclo normale per determinare con maggiore precisione la capacità dei trasformatori di distribuzione.
L'olio per trasformatori è apprezzato per il suo eccellente isolamento e conduttività termica e il suo prezzo è relativamente conveniente.
L'olio per trasformatori risolve efficacemente i problemi di dissipazione del calore e di isolamento ad alta-tensione nei trasformatori-di grande capacità.
Presenta però anche alcuni inconvenienti:
L'olio del trasformatore è infiammabile; il contatto con una fiamma può potenzialmente causare combustione o addirittura esplosione, richiedendo un'attenta manipolazione.
Questo olio presenta potenziali rischi per la salute e richiedono misure protettive adeguate durante il funzionamento.
L'olio del trasformatore richiede un'ispezione professionale regolare per garantirne prestazioni stabili e sicure.
I trasformatori- immersi in olio sono caratterizzati da scarse prestazioni di tenuta e suscettibilità all'invecchiamento, che può portare a gravi perdite di olio nel sito operativo. Ciò non solo influisce sul normale funzionamento dell'apparecchiatura ma può anche avere effetti negativi sull'ambiente circostante.
I trasformatori immersi in olio- hanno classi di isolamento relativamente basse, generalmente progettati e realizzati secondo gli standard di isolamento di Classe A. Pertanto, particolare attenzione deve essere prestata alla valutazione della loro durata durante la selezione e l'utilizzo.
Il grado di polimerizzazione (DP) dei materiali isolanti dei trasformatori è un indicatore chiave per misurare il grado di invecchiamento dell'isolamento e la sua precisione e affidabilità sono ampiamente riconosciute. Per determinare il livello di invecchiamento dei trasformatori, utilizziamo solitamente come standard il grado medio di polimerizzazione (DP) del cartone isolante. I nostri criteri sono i seguenti: un DP medio inferiore a 450 indica un grado di durata della vita; un DP medio inferiore a 250 indica un grado pericoloso.
1) Standard di resistenza alla trazione per durata della vita e gradi di pericolo
Nel grado di durata, la carta isolante mantiene il 60% della sua resistenza alla trazione massima iniziale in condizioni di cortocircuito esterno. Una volta raggiunto il grado di pericolosità, questa resistenza residua scende al 15%.
2) Standard di probabilità di fallimento DP per fibre di carta isolanti giapponesi
Quando il valore DP è maggiore o uguale a 450, la probabilità di cedimento della fibra di carta isolante è 0; quando il valore DP è compreso tra 450 e 250, la probabilità di guasto è inversamente proporzionale al valore DP, nello specifico (450 - DP) / 200; e quando il valore DP è inferiore a 250, la probabilità di guasto è 1.
3) Formula per stimare la vita residua di un trasformatore utilizzando il DP medio
Possiamo stimare la vita rimanente di un trasformatore utilizzando il suo valore DP medio iniziale (n0), il DP medio dopo L anni (nL) e il numero di anni L. La formula specifica è: Vita rimanente (nL/n0)=(1 - r)L, dove r è il tasso di diminuzione del DP medio.
Durante il funzionamento di un trasformatore di potenza- immerso nell'olio, il calore generato dagli avvolgimenti e dal nucleo viene prima trasferito all'olio del trasformatore e quindi, attraverso l'olio, al mezzo di raffreddamento. A seconda della capacità del trasformatore, esistono diversi metodi di raffreddamento:
1. Raffreddamento a circolazione naturale dell'olio, ovvero autoraffreddamento-immerso nell'olio-.
2. Raffreddamento ad aria a circolazione naturale di olio, ovvero raffreddamento ad aria-a bagno d'olio.
3. Raffreddamento ad acqua a circolazione forzata dell'olio.
4. Raffreddamento ad aria a circolazione forzata dell'olio.
Si tratta di metodi di raffreddamento comuni per i trasformatori di potenza-a bagno d'olio. La scelta del metodo di raffreddamento appropriato in base all'utilizzo effettivo è fondamentale.
1. Ambito applicabile: adatto ad altitudini non superiori a 1000 metri, uso interno o esterno.
2. Condizioni ambientali: funzionamento stabile in condizioni di temperatura ambiente massima di +40 gradi e temperatura media giornaliera massima di +30 gradi.
3. Intervallo di temperatura: temperatura media annuale +20 gradi, temperatura minima -25 gradi.
4. Personalizzazione: soluzioni di trasformatori per condizioni operative speciali possono essere fornite in base alle esigenze dell'utente.
Successivamente, approfondiremo l'analisi dei guasti di questi metodi di raffreddamento nelle applicazioni pratiche.
I trasformatori possono riscontrare vari guasti durante il funzionamento, inclusi guasti negli avvolgimenti, nelle boccole, nei commutatori e negli accessori come il nucleo e il serbatoio. I guasti degli avvolgimenti si manifestano principalmente come cortocircuiti tra-giri, messa a terra degli avvolgimenti, cortocircuiti da fase-a-fase, circuiti aperti e guasti delle saldature. I guasti alle boccole sono solitamente causati da accumuli di calcare, che possono facilmente innescare scariche elettriche in caso di forte nebbia o pioggia leggera, portando a messa a terra monofase-fase-{7}}cortocircuiti fase sul lato alta-tensione del trasformatore. Inoltre, anche gravi perdite rappresentano un problema significativo, che può essere causato da crepe nelle saldature, guasti alle guarnizioni, vibrazioni durante il funzionamento, impatti esterni al serbatoio e danni da corrosione. Se viene rilevata una perdita, il trasformatore deve essere immediatamente spento per riparazione e lubrificazione. Allo stesso tempo, anche i malfunzionamenti del commutatore devono essere attentamente monitorati.