Mely transzformátorok ideálisak kültéri távvezetékekhez?

Kulcsfontosságú környezeti kihívások kültéri transzformátorok számára

Páratartalom, szennyezettség és tengerszint feletti magasság hatása a dielektrikus szilárdságra és a szigetelés élettartamára

A szabadban telepített transzformátorok folyamatos környezeti kihívásokkal néznek szembe, amelyek fokozatosan rongálják az elektromos tulajdonságaikat és csökkentik élettartamukat. Magas páratartalom esetén felgyorsul a nedvesség beivódása a transzformátor belsejében lévő papírszerű szigetelőanyagba, ami teljesen telített állapotban majdnem felére csökkentheti az elektromos áram viselésére való képességüket. Az ipari tevékenységekből származó szennyező anyagok, például klórvegyületek és kéntartalmú sók gyakran lecsapódnak a transzformátorok átvezetőin, vezető rétegeket alkotva, amelyek jelentősen növelik a felületi áthidalás és váratlan elektromos kisülések kockázatát. A magasabb tengerszint feletti magasságban elhelyezett transzformátoroknak is nehézségeik vannak, mivel a ritkább levegő körülbelül 8%-kal csökkenti a részkisülések kialakulásához szükséges feszültséget minden megtett 1000 méter után, továbbá nehezebbé teszi a hő természetes konvekció útján történő elvezetését. Mindezen hatások együttesen azt eredményezik, hogy a szigetelés gyorsabban öregszik, mint várták. Az IEEE és a CIGRE szervezetek által publikált tanulmányok szerint a kemény körülmények között üzemelő transzformátorok tipikusan háromtól öt évig rövidebb élettartammal rendelkeznek, mint azok, amelyek enyhébb, kevésbé szennyezett környezetben helyezkednek el.

Korrózióállóság, burkolatok IP védettsége és anyagkiválasztás hosszú távú megbízhatóság érdekében

Az eszközök hosszú távú működésének biztosítása lényegében a korrózió elleni védelemre redukálódik, amely anyagok és szerkezeti megoldások okos megválasztásán múlik. Olyan területeken, ahol a tengerpart közelében mindenhol jelen van a sós levegő, kiválóan működnek az acél dobozok, valamint a réz-nikkel alkatrészek, amelyek ellenállnak a só permetezésének anélkül, hogy lebomlanának. Az ipari területeken gyakran porfestékkel bevont széntartalmú acélt használnak, mivel ez viszonylag jól tartja magát, miközben a költségek is elfogadható szinten maradnak. Amikor az IP védettségi fokozatokat vizsgáljuk, ne feledjük, hogy az IP55 azt jelenti, hogy por nem juthat be, és enyhe vízpermettel szemben is ellenáll, az IP66 pedig tovább megy, mivel ellenáll az erős esőzéseknek vagy akár monszunoknak is. Több kulcsfontosságú tényezőt is figyelembe kell venni, amikor ezt mind összerakják. Először is, a különböző fémek egymással való reakciója idővel problémákat okozhat, ezért fontos, hogy megfelelően legyenek összeválogatva. A tömítéseknek is épségben kell maradniuk az ismétlődő melegedési és hűlési ciklusok után. És ne feledkezzünk meg a csatlakozók körüli gumialkatrészről sem: UV-stabilizált anyagból kell készülniük, hogy megelőzzék a napfény hatására bekövetkező repedést. Az EPRI legfrissebb tanulmányai szerint majdnem minden negyedik transzformátor korán meghibásodik, mert házát nem megfelelően védték a környezeti károsodás ellen, ami mutatja, mennyire döntő fontosságúak ezek a részletek.

Olajfelügyeletes transzformátorok: A kültéri nagyfeszültségű átvitel szabványa

Feszültségosztály-kompatibilitás és szigetelési koordináció (BIL/LIWL) 69–765 kV rendszerekben

A 69 és 765 kilovolt közötti kültéri nagyfeszültségű távvezetékek esetében az olajban hűtött transzformátorok továbbra is az első választás maradnak, mivel kiváló dielektromos tulajdonságokat, jó hőmérsékleti stabilitást és jól bevált szigetelési koordinációs módszereket kínálnak. Ezekben a transzformátorokban az ásványi olaj és papír szigetelés kombinációja alaposan tesztelték ipari szabványok szerint, mint például az Alapimpulzus Szint (BIL) és a Villámimpulzus Viharzállósági Szint (LIWL). Ezek a tesztek biztosítják, hogy a transzformátorok hatékonyan kezelhessék a túlfeszültségeket, amikor azokat nagy léptékben telepítik az elektromos hálózatokon. A Future Market Insights 2023-as adatai szerint a világ összes távvezeték-hálózatának kb. fele még mindig erre a technológiára támaszkodik. Az ásványi olaj olyan jól működik, mert hatékonyan elnyeli a hőt, és gyorsan továbbítja azt, lehetővé téve a transzformátorok számára, hogy más típusoknál nagyobb terhelés mellett is üzemeljenek. A szigetelőcsatlakozások csúszási távolságainak gondos tervezése, valamint megfelelő akadályalakok alkalmazása továbbá segít abban, hogy a meghibásodások ne terjedjenek tovább a rendszeren, ha váratlan feszültségcsúcsok lépnek fel viharok vagy egyéb események során.

Ásványolaj és alternatívák: Teljesítmény, költségek és szabályozási elfogadottság közműalkalmazásokban

A ásványolaj továbbra is széles körben használatos, mivel olcsóbb, mint más lehetőségek, kezdetben általában 15–30 százalékkal alacsonyabb költséggel jár. Emellett időtállóságát és bizonyított megbízhatóságát már sok évek óta igazolta a hőmérséklet-változások, nedvesség és szennyeződés hatására. Másrészt viszont alternatívák, mint a szilikonolaj és a természetes észterek jelentős biztonsági előnyöket és jobb környezeti teljesítményt kínálnak. Ezek az anyagok kb. 60–80 százalékkal csökkentik a tűzveszélyt, valamint megfelelnek az Európai Unió szigorú Eco-Design előírásainak, illetve Észak-Amerika különféle fenntarthatósági szabályainak. A hátrányuk? Kezdeti áruk 20–40 százalékkal magasabb, nem is beszélve a lehetséges rendszerjellemzők módosításáról vagy eltérő karbantartási gyakoriságról. Átfogó képet tekintve a legtöbb életciklus-elemzés továbbra is az ásványolaj mellett foglal állást olyan elszigetelt helyeken, ahol minimális a veszély. Azonban városi sűrűn lakott területeken a helyzet megváltozik, ahol a tűzvédelem fontosabb, a szabályozás szigorúbb, és a hosszabb karbantartási ciklusok miatt a drágább észteralapú folyadékok végül is megéri a kezdeti többletkiadást.

Kritikus fizikai tervezési jellemzők kültéri transzformátorok ellenállóságához

Konzervatív tartályok, zárt légszűrők és szennyeződésálló szigetelőcsatlakozások

Külső térben üzemelő transzformátorok esetén a szilárd fizikai felépítés nemcsak fontos, hanem hosszú távú megbízhatóságuk szempontjából elengedhetetlen. A tágulási tartály kulcsfontosságú szerepet játszik a hőmérsékletváltozások hatására bekövetkező olajtér-folyamodások kezelésében. Enélkül az alkatrész nélkül problémák lépnének fel: vákuum keletkezne a belsejében, vagy túlnyomás épülne fel, ami károsíthatja a tömítéseket és rontaná a szigetelés minőségét. A zárt légszűrők általában olyan anyagokat tartalmaznak, mint például szilikagél vagy molekuláris sziták, amelyek megakadályozzák a nedvesség bejutását a rendszerbe. Ezek segítenek fenntartani az olaj jó elektromos tulajdonságait, miközben megakadályozzák a savak idővel történő kialakulását. Szennyeződés ellen ellenálló szigetelőgyűrűk hosszabb villamos útvonalakkal rendelkeznek felületükön, továbbá speciális bevonatokkal vagy vízlepergető porszurokból készültek, amelyek visszatartják a vizet. Ez segít megelőzni a villamos átütéseket, különösen tengerparti területeken, ahol sós levegő uralkodik. Egyes újabb modellek ennél is tovább mennek, nitrogéngáz-rétegek hozzáadásával vagy nem reaktív folyadékokkal történő feltöltéssel teljesen kiküszöbölik a belső kondenzáció kialakulásának lehetőségét. Mindezen különböző alkatrészek együttesen alkotják azt, amit sokan háromrétegű védelmi rendszerként emlegetnek, jelentősen megnövelve a transzformátorok élettartamát a karbantartásig, és csökkentve a váratlan áramkimaradások előfordulását a nagyfeszültségű hálózatokon.

Hűtőrendszer kiválasztása változó kültéri körülményekhez

ONAN, ONAF és OFAF kompromisszumok: a hőteljesítmény és a por, szél, valamint a külső hőmérsékleti szélsőségek egyensúlyozása

A megfelelő hűtési rendszer kiválasztása nagyban függ attól, milyen környezetben fog működni. Az ONAN rendszerek karbantartásában egyszerűek, de nehézségeik adódnak, ha a hőmérséklet 40 °C felettre emelkedik, vagy hosszabb ideig tart a nagy terhelés. Az ONAF változat ventilátorokat is tartalmaz a jobb hőelvezetés érdekében, ami különösen forró és száraz területeken hatékony. Ezek a ventilátorok azonban gyorsabban meghibásodhatnak poros vagy erős szeles környezetben, hacsak nincs megfelelő szűrés és rezgéskezelés. Az OFAF rendszerek összességében a legjobb hőátviteli teljesítményt nyújtják, és a maghűtést elkülönítik a külső részecskéktől, így sokkal megbízhatóbbak poros, páradús vagy szennyezett környezetekben. Természetesen ez kompromisszumokkal jár, például nagyobb bonyolultság és magasabb energiafogyasztás formájában. A döntéshozatal során az ellátó vállalatoknak általános klímabesorolások helyett a tényleges helyi adatokat kell figyelembe venniük. Kritikus fontosságúak olyan tényezők, mint a szélsőséges hőmérsékleti tartományok, a levegőben lebegő por mennyisége (PM10 és PM2,5 szintek alapján mérve), valamint a jellemző szélirányok, mivel mindezek jelentősen befolyásolják a rendszer optimális teljesítményét, megbízhatóságát és a hosszú távú költségek hatékony kezelését.

GYIK

Milyen hatással van a páratartalom a kültéri transzformátorokra?

A magas páratartalom felgyorsítja a nedvességfelvételt a transzformátor szigetelésében, amely teljes telítődés esetén akár a felére is csökkentheti a dielektromos szilárdságot.

Hogyan befolyásolja a szennyeződés a transzformátor teljesítményét?

A szennyező anyagok vezető réteget képeznek a szigetelőkön, növelve a felületi átívelés és elektromos kisülések kockázatát.

Milyen előnyökkel jár az acélházak használata?

Az acélházak ellenállók a korrózióval szemben, különösen tengerparti területeken, ahol sós levegő uralkodik.

Miért maradtak még mindig elterjedtek az ásványolajos transzformátorok?

Az ásványolajos transzformátorok költséghatékonyak és megbízhatóságuk már bebizonyosodott, bár egyre nagyobb versenyt kapnak a biztonságosabb és környezetbarátabb alternatíváktól.