Полный анализ характеристик и применения трансформаторов сухого типа

Сухие трансформаторы, являясь незаменимым ключевым компонентом современных энергосистем, быстро заменяют традиционные масляные трансформаторы во всем мире благодаря своей уникальной безмасляной конструкции и превосходным характеристикам безопасности.

Основные концепции и принципы работы сухих трансформаторов

Сухие трансформаторы - это силовые трансформаторы, которые не используют жидкую изоляционную среду (например, трансформаторное масло). Вместо этого их обмотки и сердечник либо непосредственно подвергаются воздействию воздуха, либо заключены в твердый изоляционный материал. По сравнению с традиционными масляными трансформаторами, сухие трансформаторы используют твердые изоляционные материалы (такие как эпоксидная смола и стекловолокно) для достижения электрической изоляции между обмотками, полностью исключая риск утечки масла и возгорания. Они особенно подходят для применений, требующих высокой безопасности и защиты окружающей среды. В зависимости от способа изоляции сухие трансформаторы в основном делятся на две категории: пропитанные (VPI) и литые (CRT). Первый использует процесс вакуумно-напорной пропитки для пропитки обмоток изоляционным лаком, в то время как второй использует вакуумное литье эпоксидной смолы для формирования твердого изоляционного защитного слоя.

С точки зрения принципа работы, сухие трансформаторы по-прежнему придерживаются основного физического принципа электромагнитной индукции. Когда переменный ток проходит через первичную обмотку, он генерирует переменный магнитный поток в сердечнике, который, в свою очередь, индуцирует электродвижущую силу во вторичной обмотке, обеспечивая преобразование напряжения. Однако сухие трансформаторы реализуют этот основной принцип посредством уникальной конструктивной конструкции и выбора материалов для оптимизации производительности. Например, новая запатентованная технология сухих трансформаторов TBEA использует три параллельные ножки сердечника с осями, перпендикулярными нижней поверхности. Это эффективно оптимизирует распределение магнитного поля и снижает потери от циркулирующих токов и вихревых токов. Эта инновационная структура сердечника в сочетании с низковольтными обмотками и специально намотанной фольгой (с углом намотки, контролируемым в диапазоне от 175° до 185°) значительно повышает энергоэффективность трансформатора.

Сухие трансформаторы имеют широкий диапазон номинальных мощностей, от десятков кВА до десятков тысяч кВА, при этом сухие трансформаторы мощностью 1000 кВА являются основным продуктом на рынке. Эти трансформаторы обычно используют ламинированные листы высокопроницаемой кремниевой стали для сердечника. Обмотки вакуумно-литые, а эффективное рассеивание тепла достигается за счет систем естественного или принудительного воздушного охлаждения. С точки зрения уровня напряжения, сухие трансформаторы развились от традиционных 10 кВ и 35 кВ до сегодняшних 66 кВ и даже выше.

Названия сухих трансформаторов обычно отражают их технические характеристики. В серии "SCB" "S" означает трехфазный, "C" - литой тип, а "B" - фольговые обмотки. Следующее число представляет собой уровень производительности; например, "SCB18" указывает на энергоэффективность, соответствующую стандарту Типа 18. С развитием технологий рейтинг энергоэффективности сухих трансформаторов продолжает улучшаться. Использование новых материалов, таких как аморфные сплавы, снизило потери холостого хода и нагрузки примерно на 15%-20% по сравнению с традиционными масляными трансформаторами. Эти технологические достижения сделали сухие трансформаторы все более важными при модернизации энергосистем и разработке возобновляемых источников энергии.

Структура сердечника и инновации в материалах сухих трансформаторов

Конструкция сухих трансформаторов напрямую определяет их производительность и срок службы. Современные сухие трансформаторы обеспечивают безопасную, эффективную и надежную работу благодаря сложной конфигурации компонентов и применению инновационных материалов. Типичный сухой трансформатор состоит из четырех основных компонентов: сердечника, обмоток, системы изоляции и системы охлаждения. Каждый компонент тщательно разработан и оптимизирован для удовлетворения строгих требований различных сценариев применения.

Структура железного сердечника формирует основу магнитной цепи сухого трансформатора. Он обычно изготавливается путем ламинирования листов холоднокатаной кремниевой стали с высокой проницаемостью. Толщина и процесс ламинирования листов кремниевой стали напрямую влияют на потери холостого хода трансформатора. Новейшая запатентованная технология TBEA демонстрирует инновационный подход к конструкции железного сердечника: структура с тремя параллельными ножками сердечника, оси которых перпендикулярны основанию, эффективно оптимизирует распределение магнитного поля и снижает потери энергии. Еще более продвинутыми являются железные сердечники, изготовленные из аморфных сплавов, которые могут снизить потери холостого хода более чем на 30% по сравнению с традиционными листами кремниевой стали, что делает их особенно подходящими для применений с большими колебаниями нагрузки. Хотя аморфные сплавы дороги, они предлагают значительные преимущества в энергосбережении в течение всего срока службы и становятся стандартной функцией высококлассных сухих трансформаторов.

Система обмоток, как компонент цепи сухого трансформатора, оказывает прямое влияние на потери нагрузки и сопротивление короткому замыканию. Современные обмотки сухих трансформаторов в основном изготавливаются из меди и алюминия. Медь обеспечивает превосходную проводимость, но имеет более высокую стоимость, в то время как алюминий предлагает более конкурентоспособную цену. В запатентованной конструкции TBEA каждая ножка сердечника оснащена низковольтной обмоткой, которая наматывается в несколько слоев фольги вокруг внешней окружности ножки сердечника. Эта структура не только повышает эффективность, но и снижает потери энергии, вызванные вихревыми токами. Изоляция обмотки заливается или пропитывается эпоксидной смолой, создавая прочный изоляционный защитный слой, который может выдерживать высоковольтные скачки напряжения и эффективно рассеивать тепло.

Система изоляции является ключевой особенностью, которая отличает сухие трансформаторы от масляных трансформаторов, и является решающим фактором их безопасности. Современные сухие трансформаторы в основном используют методы литья эпоксидной смолы или вакуумно-напорной пропитки (VPI). Литье эпоксидной смолы полностью герметизирует обмотки в изоляционном материале, обеспечивая отличную влаго- и пылестойкость. Например, Shunte Electric использует эту технологию, чтобы поддерживать шум трансформатора в центрах обработки данных ниже 50 децибел. Технология VPI, с другой стороны, использует многократную вакуумно-напорную пропитку для глубокого введения изоляционного лака в обмотки, образуя однородный изоляционный слой. Новейшие сухие трансформаторы Jingquanhua оснащены оптимизированной конструкцией системы изоляции, обеспечивающей более безопасное и надежное решение электроснабжения для центров обработки данных.

Система охлаждения оказывает решающее влияние на нагрузочную способность и срок службы сухих трансформаторов. Поскольку нет масла в качестве охлаждающей среды, сухие трансформаторы в основном полагаются на конвекцию воздуха для рассеивания тепла. Общие методы охлаждения включают естественное воздушное охлаждение (AN) и принудительное воздушное охлаждение (AF). Сухие трансформаторы большой мощности обычно проектируются в гибридном режиме AN/AF, который охлаждается естественным образом при нормальной нагрузке и запускает вентиляторы для принудительного охлаждения при перегрузке. Оптимизируя конструкцию воздуховода и площадь рассеивания тепла, сухие трансформаторы мощностью 1000 кВА могут поддерживать повышение температуры в разумных пределах даже при высокой нагрузке. Сухие трансформаторы Envision Energy мощностью 66 кВ для морских ветряных турбин имеют ультракомпактную конструкцию, обеспечивая эффективное рассеивание тепла в ограниченном пространстве, что соответствует эксплуатационным требованиям в суровых морских условиях.