Які трансформатори є найкращими для передачі електроенергії на відкритому повітрі?

Основні екологічні виклики для зовнішніх трансформаторів

Вплив вологості, забруднення та висоти над рівнем моря на діелектричну міцність та термін служби ізоляції

Трансформатори, встановлені на відкритому повітрі, постійно піддаються впливу навколишнього середовища, що поступово пошкоджує їхні електричні властивості та скорочує термін служби. Коли вологість висока, прискорюється процес поглинання вологи ізоляційним матеріалом у вигляді паперу всередині трансформаторів, що може майже вдвічі знизити їхню здатність безпечного витримування електричних навантажень у разі повного насичення. Промислові забруднювачі, такі як хлоридні сполуки та сірчисті солі, схильні осідати на високовольтних виводах трансформаторів, утворюючи провідні шари, які значно підвищують ризик поверхневого перекриття та раптових електричних пробоїв. Трансформатори, розташовані на великих висотах, також працюють у складних умовах, оскільки розріджений повітряний простір зменшує напругу, необхідну для виникнення часткових розрядів, приблизно на 8% на кожні 1000 метрів підйому, а також ускладнює природне відведення тепла конвекцією. Усі ці спільні фактори призводять до того, що ізоляція старіє швидше, ніж очікувалося. Згідно з дослідженнями, опублікованими організаціями IEEE та CIGRE, термін служби трансформаторів, що працюють у важких умовах, зазвичай скорочується на три–п'ять років порівняно з тими, що експлуатуються в помірному кліматі з меншим рівнем забруднення.

Стійкість до корозії, ступені захисту оболонки IP та вибір матеріалів для довготривалої надійності

Щоб обладнання служило довго, дійсно важливо боротися з корозією шляхом розумного вибору матеріалів і конструкції. Для місцевостей поблизу узбережжя, де поширений солоний повітряний середовище, чудово підходять корпуси з нержавіючої сталі та фурнітура з міді та нікелю, які стійкі до солоних бризок без руйнування. У промислових зонах часто використовують карбонову сталь з порошковим покриттям, оскільки вона досить добре витримує навантаження й залишається економічно вигідною. Щодо класу захисту IP, слід пам’ятати, що IP55 означає відсутність потрапляння пилу всередину та стійкість до легких водних бризок, тоді як IP66 забезпечує додатковий захист від сильних дощів або навіть мусонів. Існує кілька ключових факторів, які інженери мають враховувати при проектуванні таких систем. По-перше, взаємодія різних металів може з часом спричиняти проблеми, тому важливо правильно їх узгоджувати. Ущільнювальні прокладки також повинні зберігати цілісність після багаторазових циклів нагрівання та охолодження. І не варто забувати про гумові елементи навколо з'єднань — вони мають бути виготовлені з матеріалів, стійких до УФ-випромінювання, щоб запобігти тріщинам від дії сонячного світла. Згідно з останніми дослідженнями EPRI, майже чверть трансформаторів виходить з ладу на ранніх етапах через те, що їхні корпуси недостатньо захищені від навколишніх атмосферних впливів, що показує, наскільки важливо правильно враховувати ці деталі.

Трансформатори з масляним охолодженням: стандарт для наземних високовольтних передавальних ліній

Сумісність за класом напруги та координація ізоляції (BIL/LIWL) у системах 69–765 кВ

Для зовнішніх ліній передачі високої напруги в діапазоні від 69 до 765 кіловольт трансформатори з масляним заповненням залишаються основним варіантом, оскільки вони забезпечують чудові діелектричні властивості, добру термічну стабільність і добре відпрацьовані методи координації ізоляції. Поєднання мінерального масла та паперової ізоляції в цих трансформаторах ретельно перевірено відповідно до галузевих стандартів, таких як базовий рівень імпульсу (BIL) та рівень витримування блискавкового імпульсу (LIWL). Ці випробування гарантують, що трансформатори можуть ефективно витримувати стрибки напруги під час масштабного використання в електричних мережах. Згідно з даними Future Market Insights за 2023 рік, приблизно половина всіх мереж передачі по всьому світу досі спирається на цю технологію. Мінеральне масло працює надзвичайно добре, оскільки ефективно поглинає тепло і швидко відводить його, дозволяючи трансформаторам працювати під більшими навантаженнями, ніж інші типи. Дбайливий підбір довжини шляху стікання виводів разом із належною формою перегородок також допомагає запобігти поширенню пошкоджень у системі під час несподіваних стрибків напруги, що виникають під час гроз або інших подій.

Мінеральні олії та альтернативи: продуктивність, вартість і регуляторне прийняття у промислових застосуваннях

Мінеральне масло продовжує широко використовуватися, оскільки воно дешевше за інші варіанти, зазвичай на 15–30 відсотків дешевше на початку. Крім того, воно довело свою надійність протягом багатьох років, навіть за умови впливу перепадів температур, вологості та бруду. З іншого боку, альтернативи, такі як силіконове масло та природні естери, забезпечують значне підвищення безпеки та кращі екологічні показники. Ці матеріали зменшують ризик пожежі приблизно на 60–80 відсотків і відповідають суворим вимогам ЄС щодо екодизайну, а також різним нормам сталого розвитку в Північній Америці. Проте їхня ціна спочатку на 20–40 відсотків вища, не кажучи вже про можливі зміни у параметрах системи чи інші режими обслуговування. Загалом, більшість досліджень життєвого циклу все ще вказують на те, що мінеральне масло залишається найкращим варіантом для віддалених місць із мінімальним рівнем небезпеки. Однак ситуація змінюється в густонаселених міських районах, де важливішим є запобігання пожежам, діють суворіші норми, а довші інтервали обслуговування фактично роблять більш дорогі рідини на основі естерів вигідними за витратами на початковому етапі.

Критичні фізичні конструктивні особливості для стійкості зовнішніх трансформаторів

Балони-консерватори, герметичні повітрозабірники та конфігурації висувних ізоляторів, стійкі до забруднення

Для трансформаторів, що працюють у зовнішніх умовах, надійна фізична конструкція — це не просто важливо, а є обов'язковою умовою тривалої надійності. Розширювальний бак відіграє ключову роль, компенсуючи коливання об'єму масла при зміні температури. Без цього компонента виникатимуть проблеми з утворенням вакууму всередині або надмірного тиску, що може пошкодити ущільнення та погіршити якість ізоляції. Герметичні осушувачі зазвичай містять матеріали, такі як силікагель або молекулярні сита, які перешкоджають потраплянню вологи в систему. Це допомагає зберігати гарні електричні властивості масла, а також запобігає утворенню кислот із часом. Вводи, стійкі до забруднення, мають подовжені шляхи для проходження струму по їхніх поверхнях, а також виготовлені з спеціальних покриттів або глазурованої порцеляни, які відштовхують воду. Це допомагає запобігти електричним пробоям, особливо поблизу узбережжя, де поширений солоний повітряний середовище. Деякі новіші моделі йдуть ще далі, додаючи шари азоту або заповнюючи простори нереактивними рідинами, щоб повністю усунути можливість утворення внутрішньої конденсації. Усі ці компоненти разом утворюють те, що багато хто називає трикомпонентною системою захисту, значно подовжуючи термін служби трансформаторів до моменту обслуговування та скорочуючи кількість несподіваних відключень у мережах високої напруги.

Вибір системи охолодження для змінних зовнішніх умов

Порівняльний аналіз ONAN, ONAF та OFAF: балансування теплової продуктивності з впливом пилу, вітру та екстремальних температур навколишнього середовища

Вибір правильної системи охолодження значною мірою залежить від умов, у яких вона буде працювати. Системи ONAN прості у технічному обслуговуванні, але погано справляються з навантаженням при температурах вище 40 градусів Цельсія або під час тривалих періодів великого навантаження. Варіант ONAF додає вентилятори для кращого відведення тепла, що добре працює в дуже гарячих і сухих районах. Однак ці вентилятори швидше виходять з ладу в місцях із великою кількістю пилу або сильними вітрами, якщо не передбачено належне фільтрування та контроль вібрації. Системи OFAF забезпечують найкращу загальну теплову потужність і окремо утримують основний охолоджувальний контур від зовнішніх частинок, що робить їх набагато надійнішими в пиллястих, вологих або забруднених середовищах. Звичайно, це супроводжується компромісами, такими як більша складність і підвищене енергоспоживання. При виборі комунальні підприємства мають враховувати фактичні місцеві дані, а не лише загальні класифікації клімату. Такі фактори, як екстремальні коливання температури, кількість завислого пилу (виміряна за показниками PM10 та PM2.5) і типові напрямки вітру, мають важливе значення для досягнення оптимальної продуктивності, надійності системи та ефективного управління довгостроковими витратами.

ЧаП

Який вплив має вологість на трансформатори, що працюють на вулиці?

Вологість прискорює поглинання вологи ізоляцією трансформатора, зменшуючи її діелектричну міцність до половини при повному насиченні.

Як забруднення впливає на роботу трансформатора?

Забруднюючі речовини утворюють провідні шари на високовольтних ввідних ізоляторах, збільшуючи ризик поверхневого перекриття та електричних розрядів.

Які переваги використання корпусів із нержавіючої сталі?

Корпуси з нержавіючої сталі стійкі до корозії, особливо в прибережних районах, де поширений солоний повітряний середовище.

Чому трансформатори з мінеральним маслом досі широко використовуються?

Трансформатори з мінеральним маслом є економічно вигідними та довели свою надійність, хоча стикаються з конкуренцією з боку безпечніших та екологічніших альтернатив.