Сухие трансформаторы

ООО «КПМ» производит сухие трансформаторы на основе оригинальной технологии длительное время. С 2008 года произведено и поставлено на промышленные и энергетические объекты Российской Федереации и стран ближнего зарубежья значительное количество трансформаторов. Накоплен положительный опыт эксплуатации в различных, в том числе неблагоприятных, условиях.

Трансформаторы производятся для сетей напряжением от 0,4 кВ до 20 кВ, мощностью до 12500 кВА.

Назначение

Силовые трансформаторы являются электрическими машинами, предназначенными для преобразования тока и напряжения из сети одного номинала в другую сеть. Принято подразделять силовые трансформаторы на трансформаторы общего и специального назначения.

Сухие трансформаторы общего назначения, в силу своей мощности и класса напряжения, предназначены для распределительных сетей, сетей промышленных предприятий и тяговых подстанций электрифицированного железнодорожного транспорта. Это, в частности, понижающие трансформаторы, выполняющие преобразование напряжения из большего номинала в меньший и трансформаторы связи, обеспечивающие переток мощности между распределительными сетями разного класса напряжения.

Сухие специальные трансформаторы имеют изменённые характеристики и конструкцию, обеспечивающую их работу в специальных условиях. К таковым относятся сварочные трансформаторы, преобразовательные трансформаторы для выпрямительных и инверторных установок, разделительные трансформаторы и другие трансформаторы специальной конструкции, в том числе специально производимые по требованиям и спецификации Заказчика.

Конструкция

Конструкция трансформаторов ООО «КПМ» — оригинальная. Разработана с учётом опыта производства и эксплуатации сухих реакторов различного класса напряжения. Главной её особенностью является технология изготовления обмоток.

Общая компоновка трансформатора традиционна для трансформаторов мощностью до 12 МВА. Магнитопровод имеет стержневую конструкцию, шихтованный. Опрессовка выполнена бандажами, а в верхней и нижней части выполнена стяжка ярмом со шпильками. Дополнительные вертикальные шпильки увеличивают общую прочность конструкции для обеспечения её стойкости нагрузкам при транспортировке и эксплуатации.  Обмотки концентрические — обмотка низшего напряжения расположена ближе к стержню, обмотка высшего напряжения расположена снаружи.

Магнитопровод выполнен шихтованным из высококачественной электротехнической стали. Сталь холоднокатанная, высококачественная. Бандажи, которыми производится опрессовка стержней, выполняются стеклолентой. Это упругий, прочный и долговечный материал с высокой стойкостью к внешним воздействиям, неэлектропроводящий и немагнитный.

Обмотки трансформатора выполнены цилиндрическими, многослойными, из провода прямоугольного сечения и имеют вертикальные воздушные каналы. Обмотки разделяются на секции горизонтальными промежутками. Между секциями выполняется транспозиция провода для снижения потерь в обмотке и выравнивания потенциалов в паралельных ветвях. Все электрические соединения выполняются аргонно-дуговой сваркой.

Воздушные каналы обеспечивают эффективную циркуляцию воздуха внутри обмоток и их хорошее охлаждение. За счёт чего удалось повысить перегрузочную способность трансформатора во всех режимах.

Обмотки являются самонесущими: они не нуждаются в несущих конструктивных элементах для обеспечения их прочности, поскольку каждая обмотка в целом представляет собой монолитную конструкцию. Такая конструкция обмоток получила название воздушно-барьерный монолит.

Монолитность обмоток достигается за счет технологии их изготовления. В целом, технология их изготовления схожа с технологией изготовления обмоток сухих реакторов ООО «КПМ».

Для изготовления обмоток используется  специальный, прямоугольный, одножильный провод с комбинированной изоляцией, состоящей из полиимидно-фторопластовой (ПМФ) пленки и двух слоев стеклоткани, пропитанных теплостойким, кремнийорганическим лаком, класса нагревостойкости 200 (200°С) по ГОСТ 8865-93.

Пленка ПМФ является основной изоляцией провода и обеспечивает требуемый уровень электрической изоляции. Стеклоткань, пропитанная лаком, играет роль конструкционного и защитного материала. Она образует защитный кожух вокруг проводника в плёнке ПМФ, а также обеспечивает прочное, монолитное сцепление проводников друг с другом.

Стеклоткань долговечна, не подвержена воздействию коррозии и процессу гниения и сохраняет свои механические свойства на протяжении всего срока службы изделия. Используемый для пропитки лак, обладает отличной клеящей и пропитывающей способностью, цементирующими свойствами. Лак характеризуется высокой теплопроводностью, что обеспечивает хороший отвод тепла от проводников. Он имеет высокую влаго- и водостойкость, гидрофобен, имеет высокую нагревостойкость, трудногорюч.

В целом, изоляция выдерживает повышенную и пониженную температуру на протяжении длительного времени без изменения  своих свойств,  обладает высокой стабильностью и устойчивостью к  воздействию химических веществ и радиации. Изоляция обмоток является трудногорючей в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89, выдерживает длительное (до 8 минут) воздействие открытым пламенем без возгорания. Вероятность воспламенения изоляции обмоток трансформатора даже в случае тяжелых и длительных коротких замыканий практически равна нулю.

По сравнению с уже давно известной воздушно-барьерной изоляцией технология ООО «КПМ» имеет ряд преимуществ:

  • Обмотка имеет большую механическую прочность, обеспечивается высокая стойкость к мехническим усилиям при транспортировке и монтаже, а также к динамическим усилиям при прохождении токов короткого замыкания.
  • Обеспечивается высокая электрическая прочность изоляции.
  • Изоляция обмоток устойчива к воздействию влаги, температуры, агрессивных химических веществ.
  • Материалы изоляции обмоток долговечны и практически не меняют своих свойств на протяжении всего срока службы.
  • Обмотки трансформатора не могут быть источником возгорания и пожара.

По сравнению с литой изоляцией воздушно барьерный монолит обеспечивает более высокие нагрузочные характеристики трансформатора.

Намотка осуществляется на станках с плавной регулировкой скорости вращения и регулировкой момента вращения на валу двигателя, что обеспечивает высокую повторяемость параметров обмоток.

После намотки и сварки выполняется пропитка обмоток. Пропитка осуществляется путем полного погружения в емкость с кремнийорганическим  компаундом. Компаунд не выполняет роль межслоевой изоляции, а служит для придания обмоткам монолитности. После пропитки обмотка помещается в термическую печь, где  в течении 12 часов происходит ее запечка при температуре 160 — 180 °C. Цикл пропитки-запечки  повторяется многократно.

После пропитки и запечки обмотка готова к монтажу на стержень. Для эстетических целей и для защиты от ультрафиолетовых лучей трансформатор красится пожаростойкой эмалью. Для покраски используется кремнийорганическая электроизоляционная эмаль, которая представляет собой суспензию пигментов в лаке. Эмаль обладает высоким уровнем диэлектрической прочности и высокими физико-механическими свойствами.

После сборки трансформатора, завершающим этапом производства является проведение полного цикла приемо-сдаточных испытаний в собственной электролаборатории.

Оригинальная конструкция трансформаторов обуславливает их отличные эксплуатационные характеристики. В частности нагрузочную способность и нагревостойкость. Данные характеристики весьма важны для сухих трансформаторов, поскольку именно по нагрузочной способности сухие трансформаторы традиционно уступают масляным.

Поскольку ГОСТ Р 54827-2011 «Трансформаторы сухие.  Общие технические условия» и ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические условия» не определяют чётких требований к нагрузочной способности сухих трансформаторов, многие производители сухих трансформаторов имеют свои собственные трактовки.

Перегрузка трансформатора по току может возникать по разным причинам. Во всех случаях возникает избыточный нагрев обмоток трансформатора в результате протекания через них тока, превышающий номинальный. Это происходит в следующих случаях:

  • При прохождении токов короткого замыкания (КЗ). В этом случае имеет место протекание очень больших токов, которые могут в десятки раз превышать номинальный в течение очень короткого времени (от десятков миллисекунд до 3-4 секунд). Обмотка в этом случае быстро нагревается и затем имеет возможность остыть после отключения КЗ. В этом случае уместно говорить не о нагрузочной способности трансформатора, а о классе нагревостойки изоляции обмоток.

Изоляция провода, используемого для изготовления обмоток трансформаторов ООО «КПМ», имеет отличный показатель нагревостойкости — класс 200 (200 ºС) по ГОСТ 8865-93.

  • При колебаниях нагрузки. Для ряда видов нагрузки характерны временные (от нескольких десятков секунд до нескольких десятков минут) увеличения потребляемой мощности. Например, такими режимами являются пуски и самозапуски двигателей. Для управляемых приводов характерным режимом может быть повторно-кратковременный режим. В таких и других подобных режимах может иметь место увеличение токов, протекающих через обмотки трансформатора от нескольких десятков процентов до нескольких крат.
  • При аварийном изменении режима сети. В этом случае, возможно временное (в период от нескольких десятков минут до нескольких часов) увеличение нагрузки на трансформатор до полутора-двух раз.

«Правила технической эксплуатации электроустановок потребителя» пункт 2.1.21 определяет, что допускается кратковременная перегрузка трансформаторов сверх номинального тока при всех системах охлаждения независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды. Это означает, что трансформатор должен выдерживать перегрузку (ток выше номинального) даже в том случае, если до неё от работал длительно при полной нагрузке (100% от номинальной) и при максимальной рабочей температуре окружающей среды.

Ниже приведены показатели нагрузочной способности трансформаторов ООО «КПМ» в сравнении с требуемыми Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителя (ПТЭ ЭП). Все, указанные величины, приведены для трансформаторов ООО «КПМ» с естественным воздушным охлаждением, длительно работавших при полной нагрузке (100% от номинального тока) до указанной в таблице перегрузки. При нагрузке меньше номинальной и при температуре окружающей среды ниже указанной в таблице, трансформаторы способны выдерживать большие перегрузки.

Трансформатор Допустимая перегрузка по току сверх номинала,
% относительно номинального тока
Длительность: 5 мин. 10 мин. 18 мин. 20 мин. 32 мин. 45 мин. 60 мин. 80 мин. 2 часа 3 часа 24 часа
Масляный, в соответствии с ПТЭ ЭП пункт 2.1.21 - 100% - 75% - 60% - 45% 30% - -
Сухой, в соответствии с ПТЭ ЭП пункт 2.1.21 60% - 50% - 40% 30% 20% - - - -
Трансформатор ООО «КПМ» при температуре ОС +20ºС 100% 100% 90% 70% 55% 45% 40% 38% 32% 25% 25%
Трансформатор ООО «КПМ» при температуре ОС +40ºС 100% 100% 60% 57% 38% 30% 27% 23% 20% 20% 20%

Таким образом, сухие трансформаторы ООО «КПМ» существенно превосходят требования, предъявляемые к сухим трансформаторам Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителя, и по своей нагрузочной способности сравнимы с масляными трансформаторами.