Обмотка трансформатора с масляным охлаждением: технические аспекты и особенности конструкции.

Трансформатор с масляным охлаждением Обмотки являются важнейшими компонентами систем распределения электроэнергии, предназначенными для эффективной передачи электрической энергии при обеспечении надежности и долговечности. Ниже представлен подробный анализ их структуры, материалов и принципов работы, основанный на отраслевых стандартах и ​​технических характеристиках.

Температура верхней части трансформатора, погруженного в масло, не должна превышать 95 °C, как правило, не должна превышать 85 °C. Обычно для обмотки трансформатора используется изоляционный материал класса А, максимально допустимая температура изоляционного материала составляет 95–105 °C. В китайских спецификациях на нагрев трансформаторов в качестве стандарта принята рабочая температура 40 °C, средняя температура газа в обмотках составляет 65 °C, а повышение температуры масла в верхней части трансформатора точно составляет 55 °C, поэтому повышение температуры масла в обмотках, содержащих сердечник трансформатора, составляет 10 °C.

Если максимальная температура трансформатора составляет 85 °C, то температура обмотки равна 95 °C; если максимальная температура равна 95 °C, то температура обмотки достигает 105 °C, что соответствует максимально допустимой температуре материала изоляционного слоя обмотки. Слишком высокая температура ускорит старение материалов изоляционного слоя, ускорит ухудшение состояния трансформаторного масла и сократит срок службы трансформатора. Распределительный трансформатори даже могут привести к авариям.

Трансформатор с воздушным охлаждением и мощной системой циркуляции масла, максимальная температура 75℃, нагрев до 35℃; трансформатор с воздушным охлаждением и естественной циркуляцией масла, защита от перегрева, максимальная температура обычно не должна превышать 85℃, максимальная – 95℃, нагрев до 55℃. В случае обнаружения превышения допустимого значения в процессе эксплуатации, следует немедленно сообщить об этом в производственный график и принять меры по ограничению нагрузки.

1. Определение и основные функции

Обмотки трансформаторов с масляным охлаждением состоят из медных или алюминиевых катушек, намотанных вокруг ламинированного сердечника из кремниевой стали. Эти обмотки полностью погружены в изоляционное масло, которое выполняет двойную функцию: электрическую изоляцию и теплоотвод. Обмотки преобразуют высоковольтное входное напряжение в низковольтное выходное (или наоборот) посредством электромагнитной индукции, обеспечивая безопасную передачу электроэнергии по сетям.

2. Состав материала

Проводящий материал:

Медь: преимущественно используется для высоковольтных обмоток благодаря своей превосходной проводимости и механической прочности. В низковольтных обмотках (≤500 кВА) часто используется двухслойная цилиндрическая структура, в то время как в обмотках большей мощности (≥630 кВА) применяются двухспиральные или четырехспиральные конфигурации для оптимизации распределения тока.

Алюминий: Иногда используется в экономически важных областях, хотя и менее эффективен, чем медь.
Изоляция:

Материалы с высоким сопротивлением (например, эпоксидные смолы, бумага на основе целлюлозы) изолируют обмотки от сердечника и друг от друга.

Многослойная изоляция предотвращает короткие замыкания под воздействием термических напряжений или механической деформации.

3. Проектирование конструкции

Схема намотки:

Концентрическая (цилиндрическая) обмотка: широко распространена в трехфазных трансформаторах, где низковольтные обмотки размещаются внутри высоковольтных обмоток для минимизации магнитного потока рассеяния.

Многослойная (спиральная) намотка: используется в сильноточных системах, имеет чередующиеся слои для уменьшения потерь от вихревых токов.

Интеграция системы охлаждения:

В обмотках предусмотрены масляные каналы для отвода тепла за счет естественной или принудительной конвекции.

Гофрированные маслосливные баки заменяют традиционные расширительные емкости, позволяя маслу расширяться под воздействием тепла, сохраняя при этом герметичность.

4. Оптимизация производительности

Конструкция с низкими потерями:

Сердечники из аморфных сплавов: снижают потери на гистерезис и вихревые токи (например, трансформаторы серии S11-M обеспечивают на 30% меньшие потери, чем более старые модели).

Группа соединений Dyn11: минимизирует гармонические искажения и улучшает качество электроэнергии за счет компенсации токов третьей гармоники.

Сопротивление короткого замыкания:

Усиленные зажимные устройства для намотки и технология спиральной намотки повышают механическую стабильность в условиях неисправностей.

Силикатные дыхательные клапаны и реле Бухгольца контролируют аномалии влажности и потока масла.

5. Применение и техническое обслуживание

Сценарии развертывания:

Промышленные подстанции, городские электросети и системы возобновляемой энергии (например, ветровые электростанции).

Номинальная мощность варьируется от 50 кВА до 25 000 кВА, а напряжение — до 35 кВ.

Методы технического обслуживания:

Регулярный отбор проб масла и анализ растворенных газов (DGA) для выявления деградации изоляции.

Тепловизионная диагностика для выявления локальных зон перегрева в обмотках.

6. Инновации в технологии намотки

Вакуумная пропитка: устраняет воздушные карманы в процессе производства, улучшая целостность изоляции.

Интеллектуальный мониторинг: датчики с поддержкой IoT отслеживают температуру обмотки и динамику нагрузки в режиме реального времени.