Које су карактеристике трансформатора за енергетске системе који су потопљени у уље?

Основна конструкција и изолациони систем: Како уље и целулоза омогућавају поуздану трансформацију енергије

Кључне структурне компоненте: језгро, намотања, резервоар, конзерватор и Бухољцов релеј

Трансформатори са уљењем зависе од пет кључних делова који раде заједно. У срцу ових система налази се магнетно језгро, обично израђено од слојева силицијумског челика. Ова компонента ствара ефикасан пут за магнетни флукс између примарних и секундарних намотања. Сами те намотачи су обично направљени од бакра или алуминијума, и они су оно што заправо омогућава процес трансформације напона кроз електромагнетну индукцију. Све ове компоненте се налазе у запечаћеном челичном контејнеру испуњеном диелектричним уљем. Над овим главним резервоаром налази се још један важан део који се зове резервоар за конзервацију. Њен посао је прилично једноставан, али од кључне важности - управља ширењем и контракцијом уља како се температуре мењају, одржавајући стабилан притисак и спречавајући нежељени ваздух да уђе. А онда постоји Бухољзов релеј, који делује као систем за рано упозорење на потенцијалне проблеме. Када се нешто поправи у трансформатору - можда се деси делимично испуштање, лукање или чак распад уља - овај сигурносни уређај примећује произведене гасове и шаље упозорења или покреће кола пре него што ствари постану стварно лоше.

Синергија уљацелулозе: двострука диелектричка и топлотна улога у поузданости трансформатора

Трансформатори у којима се уље потопава у великој мери се ослањају на тимски рад између изолационог уља и чврстих изолационих материјала на бази целулозе. Компоненте папира и плоча имају више сврха. Механички све држају заједно, физички одводе проводнике и природно отпоручују електричном падивину чак и када су изложени трајној топлоти око 105 степени Целзијуса. Минерално уље се упива у ове материјале као вода у сунџер, попуњавајући ситне празнине и повећавајући способност целог система да безбедно управља електричном енергијом. Лабораторни тестови потврђују ово, показујући две трећине побољшања у отпорности на напон у поређењу са само сувим целулозом. Оно што трансформаторско уље чини заиста вредним је његова улога у хлађењу. Око седам десетих све топлоте коју стварају трансформаторска језгра и намотања апсорбује уље, које затим ту топлоту односи у секције радијатора једноставним конвекционим струјама. Ова способност управљања топлотом је оно што чини да трансформатори трају поуздано током дугих периода без прегревања.

Овај синергијски систем подржава стабилан рад у условима динамичног оптерећења и директно доприноси трајању рада већу од 30 година, чинећи изолацију уље-целулозе стандардом за 85% трансформатора снаге у светском обиму.

Клас хлађења (ОНАН до ОФВФ): Успоређивање топлотне перформансе трансформатора са захтевима за мреже

Од природног до присилног хлађења: пословни принципи и последице за оптерећење

Различите класе хлађења трансформатора у основи нам говоре како се топлота одвлачи од тих језгра и навирања унутар, што онда утиче на врсту оптерећења које могу безбедно да обрађују и колико су флексибилни у раду. Прво узмите ОНАН (што значи Oil Natural Air Natural). Овај ради пасивно кроз конвекцију где се врућа уља креће нагоре кроз канале у радијаторе и природно се охлађује околним ваздухом. Довољно добро ради за мање или средње трансформаторе испод око 20 МВА када оптерећења остану прилично константна, иако не управља преоптерећењима превише добро, само управљајући око 120% капацитета за максимум 30 минута пре него што ствари постану ризичне. Изалазимо на скалу и имамо ОНАФ (Oil Natural Air Forced), који доводи вентилаторе у игру како би повећао проток ваздуха кроз радијаторе. То чини пренос топлоте много ефикаснијим и омогућава овим трансформаторима да раде на око 30% више континуираних рејтинга, тако да се обично виде у подстаницама средње величине. На врху су ОФВФ (Oil Forced Water Forced) системи који пумпају нафту кроз спољне разменосједнике топлоте охлађене водом, омогућавајући огромне капацитете до 500 МВА. Оно што их чини посебним је њихова способност да издржавају 150% преоптерећења неколико сати узастопно, што објашњава зашто су они кључне компоненте у кључним деловима електричних мрежа. Све у свему, ове побољшане технике хлађења смањиле су температуре топлих тачака за око 25%, што је трансформерима омогућило продужење трајања од 15 до 25% у поређењу са старијим моделима који се ослањају искључиво на основно ОНАН хлађење.

Прилагођивање окружењу и отпорност на преоптерећење у различитим методама хлађења

Ефикасност система за хлађење се прилично мења у зависности од места где су инсталирани. На пример, ОНАН системи су веома зависни од спољног ваздуха, што их чини мање погодним за веома вруће подручја. Када температура пређе 40 степени Целзијуса, ови системи обично морају да раде на око 80% свог нормалног капацитета. Међутим, ствари изгледају другачије са ОНАФ системима. Њихови вентилатори са променљивом брзином задржавају око 95% своје наменске снаге чак и у екстремно топлим пустињским условима. У међувремену, ОФВФ системи имају замршене кружне водене системе које не упадају у влагу, прашину или друге ствари које плутају око у приобалним регионима или индустријским окружењима. Током проблема са електричном мрежом, ОНАФ јединице могу да се носе са 140% нормалног оптерећења око два сата ако су вентилатори активирани у фазама. ОФВФ системи заправо боље функционишу под краткорочним стресом, достижући до 160% капацитета јер брже одводе топлоту. Удрживање постаје теже док се хлађење постаје агресивније. ОНАФ захтева да се ови вентилатори проверавају сваких три месеца, док ОФВФ захтева сталну пажњу на пумпе и квалитет воде. Ипак, присилни системи за хлађење заустављају око 70% неуспјеха узрокованих прегревањем, на основу података из ИЕЕЕ студија.

Варијације дизајна и примјена за примену: трансформатори са сржним типом у односу на трансформатори са оклопним типом у уљу

Оно што једро-типа разликује од преображача са уље-овољним угруженима у кожурице је у основи начин на који су њихови магнетни кола обликовани и шта то значи за перформансе. У моделима типа језгра, намотања се опкружују око вертикалних челичних ламинација стварајући такозвани отворену магнетну трагу. Начин на који је ово уређено заправо помаже улакше да се прелази кроз систем и олакшава производњу, због чега их толико видимо у високим напонима као што су 220 до 400 кВ подстанције где је одржавање хладноће и управљање трошковима најважније. Ови основни типови имају тенденцију да преузимају када се баве стварно великим енергетским системима изнад 500 МВА јер се добро скалирају и добро раде са свим врстама различитих метода хлађења доступних данас.

У трансформаторима типа љуске, намотања су заправо увита у ову вишеглаву челичну љуску, што ствара много чврстији пакет са уграђеним магнетним штитом. Оно што чини ове конструкције тако добрим је то што смањују проток течности и боље се држе када се током пропасти прође велики талас струје. Таква снага је веома важна на местима као што су лучкове пећи или те тежеће подстанице које видимо око железничких система. Наравно, типови љушка коштају више новца унапред и могу бити тешко да се правилно хладе, али они се боље носе са кратким колачима од других опција и стварају мање електромагнетне буке. За многе индустријске операције, ова додатна трајност чини сву разлику чак и ако то значи да се у почетку плаћа мало више и да се суочава са неким изазовима хлађења на путу.

Оперативни компромиси: Зашто превазилазе трансформатори у којима је уље уврштено у високовољтне мрежеи где захтевају ублажавање

Доказану предност: ефикасност, дуг животни век и трошковно ефикасна трансформација ХВ

Када је реч о високонапонском преносу, трансформатори са уље у њима потопљени и даље постављају стандарде јер пружају нешто посебно када се комбинује ефикасност, дуготрајност и укупна трошкова ефикасност током времена. Када се правилно наплате, ови новији модели могу имати потпуне губитке оптерећења око 0,3 одсто, што побеђује оне опције сувог типа на сваком нивоу изнад 100 киловольта. Оно што их чини тако добрим је њихов систем изолације од уље-целулозе. Ова конфигурација одржава ствари хладним чак и под стресом и добро се носи са електричним напетом. Већина произвођача тврди да је трајање рада више од 40 година, што је око два пута више него што видимо од сличних сувих јединица које се користе на великим мрежама. Из гледишта корисности, ова врста трајне енергије значи заштеду од око 30 посто укупних трошкова по мегаволту ампера током живота. Зато се већина енергетских компанија држи трансформатора у којима је уље уплетено за те критичне даљинске преносне линије где је постојана снага без прекида заиста важна.

Критичне ствари: Опасност од пожара, осетљивост на влагу и у складу са протеклом околином

Трансформатори у којима се уље уливају пружају многе предности, али имају и ризике које треба пажљиво управљати. Диелектрично уље у њему може ухватити ватру ако нешто не иде како треба, што значи да је следећи стандарде НФПА 850 критичан. Инсталатори морају укључити ствари као што су заштитни зидови око опреме, одговарајуће подручја за затварање и оне системе за детекцију гаса које покрећу аларме када се проблеми почну развијати. Један велики проблем који техничари редовно виде је увлачење у систем. Ако се не контролише, ова влага може смањити способност уља да правилно изолира за отприлике 15 до 20 посто сваке године, што доводи до бржег разлагања целулозе. Зато су запечаћени конзерватори и те силика гелове дисачи заиста важни у чувању ствари сувим. Окружна правила агенција као што је ЕПА такође играју улогу овде, посебно у вези са тим какве течности се користе и како се треба задржати раскида током рада одржавања. Укључивши све ове мере предострожности, редовну проверу уља, анализу растворених гасова и правилно подешавање клапана за смањење притиска, постиже се огромна разлика. Студије показују да такви свеобухватни приступи могу смањити неочекивано искључивање за око две трећине, што одржава гладан рад и истовремено штити безбедност радника.

Подела за често постављене питања

Како Бухољцово реле помаже да се спречи неуспех трансформатора?

Бухољц реле служи као систем раног упозорења откривањем гасова који се производе од потенцијалних проблема као што су делимични испуштање или распад уља унутар трансформатора. Пошаљу упозорења или покрећу кола како би спречили велике неуспехе.

Зашто је целулоза важна у трансформаторима?

Целулоза служи више сврха, укључујући механичко држање компоненти заједно, физичко раздвајање проводника и отпорност на електрични развод, посебно када је изложена топлоти.

Које су разлике између трансформатора типа језгра и типа љуске?

Трансформатори типа језгра имају намотање које се завијају око вертикалних челичних ламинација, пружајући отворену магнетну трагу и ефикасно хлађење. Трансформатори типа љушка имају намотање унутар челичне љуске, пружајући бољу контролу струје пропуста и отпор на кратко затварање.

Које класе хлађења се користе за трансформаторе и зашто су важне?

Класе хлађења као што су ОНАН, ОНАФ и ОФВФ се користе за управљање распадња топлоте у трансформаторима. Они утичу на оптерећење, оперативну флексибилност и животни век смањењем температуре горећих тачака и побољшањем ефикасности хлађења.

Које мере предострожности треба предузети да би се смањили ризици од пожара и влаге у трансформаторима који су потопљени у уље?

Предупреде укључују праћење стандарда за заштиту од пожара, коришћење локација, инсталирање система за детекцију гаса, запечатање конзерватора, коришћење дисача за силика гел и редовно праћење провера одржавања како би се спречила влага и ризици повезани са пожаром.