การวิเคราะห์อย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับลักษณะเฉพาะและการประยุกต์ใช้งานของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง

ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบสำคัญที่ขาดไม่ได้ของระบบพลังงานสมัยใหม่ หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งกำลังเข้ามาแทนที่หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมันแบบดั้งเดิมทั่วโลกอย่างรวดเร็ว ด้วยการออกแบบที่ไม่ใช้น้ำมันที่เป็นเอกลักษณ์และประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยที่เหนือกว่า

แนวคิดพื้นฐานและหลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง

หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าที่ไม่ใช้ตัวกลางฉนวนเหลว (เช่น น้ำมันหม้อแปลง) แต่จะใช้ขดลวดและแกนสัมผัสกับอากาศโดยตรง หรือหุ้มด้วยวัสดุฉนวนแข็งแทน เมื่อเทียบกับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมันแบบดั้งเดิม หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งใช้วัสดุฉนวนแข็ง (เช่น อีพ็อกซีเรซินและไฟเบอร์กลาส) เพื่อให้เกิดการแยกทางไฟฟ้าในระหว่างขดลวด ซึ่งช่วยขจัดความเสี่ยงของการรั่วไหลของน้ำมันและไฟไหม้ได้อย่างสมบูรณ์ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการความปลอดภัยและการปกป้องสิ่งแวดล้อมสูง ตามวิธีการฉนวน หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภท: แบบอิ่มตัว (VPI) และแบบหล่อ (CRT) แบบแรกใช้กระบวนการอัดฉีดสุญญากาศเพื่ออัดฉีดขดลวดด้วยวานิชฉนวน ในขณะที่แบบหลังใช้อีพ็อกซีเรซินหล่อสุญญากาศเพื่อสร้างชั้นป้องกันฉนวนแข็ง

ในแง่ของหลักการทำงาน หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งยังคงยึดมั่นในหลักการทางกายภาพพื้นฐานของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อกระแสสลับไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ จะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กสลับในแกน ซึ่งจะเหนี่ยวนำแรงเคลื่อนไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ ทำให้เกิดการแปลงแรงดันไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งใช้หลักการพื้นฐานนี้ผ่านการออกแบบโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์และการเลือกใช้วัสดุเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งที่จดสิทธิบัตรใหม่ของ TBEA ใช้ขาแกนขนานสามขา โดยมีแกนตั้งฉากกับพื้นผิวด้านล่าง ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายสนามแม่เหล็กและลดการสูญเสียกระแสหมุนเวียนและกระแสวน โครงสร้างแกนที่เป็นนวัตกรรมนี้ รวมกับขดลวดแรงดันต่ำและฟอยล์ที่พันเป็นพิเศษ (โดยมีมุมพันระหว่าง 175° ถึง 185°) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของหม้อแปลงไฟฟ้าอย่างมาก

หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งมีช่วงกำลังไฟที่หลากหลาย ตั้งแต่สิบ kVA ถึงหลายหมื่น kVA โดยหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง 1000 kVA เป็นผลิตภัณฑ์หลักในตลาด หม้อแปลงไฟฟ้าเหล่านี้มักใช้แผ่นเหล็กซิลิคอนที่มีการซึมผ่านสูงแบบลามิเนตสำหรับแกน ขดลวดถูกหล่อด้วยสุญญากาศ และมีการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพผ่านระบบระบายความร้อนด้วยอากาศตามธรรมชาติหรือแบบบังคับ ในแง่ของระดับแรงดันไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งได้พัฒนาจาก 10kV และ 35kV แบบดั้งเดิม มาเป็น 66kV และสูงกว่าในปัจจุบัน

ชื่อของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งโดยทั่วไปสะท้อนถึงลักษณะทางเทคนิคของหม้อแปลงไฟฟ้า ในซีรีส์ "SCB" "S" หมายถึง สามเฟส "C" สำหรับชนิดหล่อ และ "B" สำหรับขดลวดฟอยล์ ตัวเลขต่อไปนี้แสดงถึงระดับประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น "SCB18" บ่งบอกถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ตรงตามมาตรฐาน Type 18 ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี การให้คะแนนประสิทธิภาพการใช้พลังงานของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การใช้วัสดุใหม่ เช่น โลหะผสมอสัณฐาน ได้ลดการสูญเสียทั้งแบบไม่มีโหลดและแบบมีโหลดลงประมาณ 15%-20% เมื่อเทียบกับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมันแบบดั้งเดิม ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเหล่านี้ทำให้หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งมีความสำคัญมากขึ้นในการอัปเกรดระบบพลังงานและการพัฒนาพลังงานหมุนเวียน

โครงสร้างแกนและนวัตกรรมวัสดุในหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง

การออกแบบโครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพและอายุการใช้งานโดยตรง หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งสมัยใหม่บรรลุการทำงานที่ปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และเชื่อถือได้ผ่านการกำหนดค่าส่วนประกอบที่ซับซ้อนและการประยุกต์ใช้วัสดุที่เป็นนวัตกรรม หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งทั่วไปประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสี่ส่วน: แกน ขดลวด ระบบฉนวน และระบบระบายความร้อน ส่วนประกอบแต่ละส่วนได้รับการออกแบบและปรับให้เหมาะสมอย่างพิถีพิถันเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดที่เข้มงวดของสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน

โครงสร้างแกนเหล็กเป็นรากฐานของวงจรแม่เหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง โดยทั่วไปจะสร้างขึ้นโดยการเคลือบแผ่นเหล็กซิลิคอนรีดเย็นที่มีการซึมผ่านสูง ความหนาและกระบวนการเคลือบของแผ่นเหล็กซิลิคอนส่งผลกระทบโดยตรงต่อการสูญเสียแบบไม่มีโหลดของหม้อแปลงไฟฟ้า เทคโนโลยีที่จดสิทธิบัตรล่าสุดของ TBEA แสดงให้เห็นถึงแนวทางที่เป็นนวัตกรรมในการออกแบบแกนเหล็ก: โครงสร้างที่มีขาแกนขนานสามขา โดยมีแกนตั้งฉากกับฐาน ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายสนามแม่เหล็กและลดการสูญเสียพลังงาน ยิ่งไปกว่านั้นคือแกนเหล็กที่ทำจากโลหะผสมอสัณฐาน ซึ่งสามารถลดการสูญเสียแบบไม่มีโหลดได้มากกว่า 30% เมื่อเทียบกับแผ่นเหล็กซิลิคอนแบบดั้งเดิม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีความผันผวนของโหลดสูง แม้ว่าจะมีราคาแพง แต่โลหะผสมอสัณฐานก็ให้ประโยชน์ในการประหยัดพลังงานอย่างมากตลอดวงจรชีวิตทั้งหมด และกำลังกลายเป็นคุณสมบัติมาตรฐานของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งระดับไฮเอนด์

ระบบขดลวดเป็นส่วนประกอบวงจรของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อการสูญเสียโหลดและความต้านทานไฟฟ้าลัดวงจร ขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งสมัยใหม่ส่วนใหญ่เป็นทองแดงและอะลูมิเนียม ทองแดงให้การนำไฟฟ้าที่เหนือกว่าแต่มีต้นทุนที่สูงกว่า ในขณะที่อะลูมิเนียมมีราคาที่แข่งขันได้มากกว่า ในการออกแบบที่จดสิทธิบัตรของ TBEA ขาแกนแต่ละขาติดตั้งขดลวดแรงดันต่ำ ซึ่งพันด้วยฟอยล์หลายชั้นรอบเส้นรอบวงด้านนอกของขาแกน โครงสร้างนี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากกระแสวนอีกด้วย ฉนวนขดลวดถูกหล่อหรืออัดฉีดด้วยอีพ็อกซีเรซิน สร้างชั้นป้องกันฉนวนที่แข็งแรงซึ่งสามารถทนต่อไฟกระชากแรงดันไฟฟ้าสูงและกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ระบบฉนวนเป็นคุณสมบัติหลักที่แยกหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งออกจากหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมัน และเป็นปัจจัยสำคัญในด้านความปลอดภัย หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้วิธีการฉนวนอีพ็อกซีเรซินหล่อหรือการอัดฉีดสุญญากาศ (VPI) การหล่ออีพ็อกซีเรซินจะปิดผนึกขดลวดในวัสดุฉนวนอย่างสมบูรณ์ ทำให้ทนทานต่อความชื้นและฝุ่นได้ดีเยี่ยม ตัวอย่างเช่น Shunte Electric ใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อรักษาระดับเสียงของหม้อแปลงไฟฟ้าในศูนย์ข้อมูลให้อยู่ต่ำกว่า 50 เดซิเบล ในทางกลับกัน เทคโนโลยี VPI ใช้การอัดฉีดสุญญากาศหลายครั้งเพื่อฉีดวานิชฉนวนเข้าไปในขดลวดอย่างล้ำลึก สร้างชั้นฉนวนที่สม่ำเสมอ หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งรุ่นล่าสุดของ Jingquanhua มีการออกแบบระบบฉนวนที่ปรับให้เหมาะสม มอบโซลูชันการจ่ายไฟที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับศูนย์ข้อมูล

ระบบระบายความร้อนมีอิทธิพลอย่างเด็ดขาดต่อความสามารถในการรับน้ำหนักและอายุการใช้งานของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง เนื่องจากไม่มีน้ำมันเป็นตัวกลางในการระบายความร้อน หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งจึงอาศัยการพาความร้อนของอากาศเป็นหลักในการกระจายความร้อน วิธีการระบายความร้อนทั่วไป ได้แก่ การระบายความร้อนด้วยอากาศตามธรรมชาติ (AN) และการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ (AF) หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้งขนาดใหญ่โดยทั่วไปได้รับการออกแบบในโหมดไฮบริด AN/AF ซึ่งจะเย็นลงตามธรรมชาติภายใต้ภาระปกติ และเริ่มพัดลมเพื่อระบายความร้อนแบบบังคับเมื่อโอเวอร์โหลด ด้วยการปรับปรุงการออกแบบท่ออากาศและพื้นที่กระจายความร้อน หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง 1000kVA สามารถรักษาอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมได้แม้ภายใต้ภาระสูง หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแห้ง 66kV ของ Envision Energy สำหรับกังหันลมในทะเลใช้การออกแบบที่กะทัดรัดเป็นพิเศษ ทำให้เกิดการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพในพื้นที่จำกัด ตอบสนองความต้องการในการทำงานในสภาพแวดล้อมนอกชายฝั่งที่รุนแรง