Силові трансформатори є одними з найважливіших елементів електричних мереж та електроустановок. Раніше, аж до останньої третини минулого століття, в електромережах виключно використовувалися масляні силові трансформатори. Проте за останні 40 років замість них дедалі ширше стали застосовувати сухі силові трансформатори, що являють собою один із сучасних пожежо- та екологічно безпечних типів трансформаторів, у яких магнітна система та обмотки не занурені в трансформаторну олію, кремнійор ганічну рідину (ШКР) або будь-якій. інший рідкий діелектрик.
Цим сухі трансформатори істотно відрізняються від традиційних конструкцій пожежо- та екологічно небезпечних масляних трансформаторів, які, з метою усунення небезпеки загоряння олії та паперово-масляної ізоляції, необхідно розміщувати у спеціально обладнаних приміщеннях з вогнетривкими зовнішніми стінами, стелями та підлогами, а також маслоприймачами. для стікання олії, або поміщати їх в окремі камери з виходом назовні. До того ж масляні трансформатори, на відміну від сухих трансформаторів, вимагають постійного технічного обслуговування, що веде до додаткових експлуатаційних витрат.
Сухі силові трансформатори проти масляними трансформаторами мають низку переваг, основні у тому числі наведені у табл.1 [1-6]. Хоча малопотужні однофазні сухі трансформатори застосовувалися у пристроях радіотехніки, автоматики, сигналізації, зв'язку тощо. ще в першій половині минулого століття, технологія виробництва силових одно- і особливо трифазних сухих трансформаторів, призначених для перетворення електроенергії в електромережах та електроустановках, була розроблена набагато пізніше — в останній третині минулого століття. Це наочно показують криві рівнів напруги та потужності розподільних сухих трансформаторів з литою ізоляцією, досягнуті концерном Сіменс за період часу з 1966 по 1997 рік, показані на рис.1, де зазначено:
1 - номінальна потужність, МВА;
2 - робоча напруга, кВ; 
3 - номінальна випробувальна напруга грозового імпульсу, кВ.
Як показують ці криві, за тридцятирічний період потужність сухих трансформаторів вдалося підвищити в 40 разів (з 0,5 до 20 МВА), робоча напруга - в 2 рази (з 1 8 до 36 кВ), випробувальна напруга - в 2,5 рази (з 80 до 200 кВ), що дозволило налагодити серійний випуск різних конструкцій сухих трансформаторів, які згідно з міжнародним стандартом МЕК-726 мають класифікацію, наведену в табл.2 [1].
Зазначимо, що застосування трансформаторів в електроустановках забезпечує можливість генерування електроенергії на одному рівні напруги, а для мінімізації втрат на її передачу використовувати вищу напругу. При цьому передача електроенергії на великі відстані від місця її виробництва до місця споживання вимагає застосування в сучасних електромережах не менше 5-, 6-кратної трансформації, що здійснюється шляхом застосування трансформаторів, що підвищують і знижують. Тому внаслідок необхідності розподілу енергії за різними радіальними напрямками між багатьма споживачами потрібно встановлювати значно більшу кількість окремих трансформаторів порівняно з кількістю генераторів. При цьому сумарна потужність трансформаторів в мережі на кожному наступному ступені трансформації з нижчою напругою з метою більш вільного маневрування електроенергією вибирається зазвичай більшою, ніж потужність попереднього ступеня вищої напруги. Тому загальна потужність всіх трансформаторів, встановлених в електромережах, нині перевищує загальну потужність генераторів над 5-6, а 7-8 раз. У зв'язку з цим найважливішими завданнями є підвищення якості силових трансформаторів, використання прогресивної технології їх виробництва, економія матеріалів при їх виготовленні та досягнення якомога нижчих втрат енергії при їх роботі в мережі.
Хоча ККД переважної більшості сучасних трансформаторів становить 98…99% і більше, проте через необхідність багаторазової трансформації енергії та установки у зв'язку з цим у мережах трансформаторів загальною потужністю, що у 7-8 разів перевищує потужність генераторів, загальні втрати енергії у всьому парку трансформаторів є досить великими. Так, у середині 50-х років минулого століття вони становили близько 6% усієї енергії, виробленої електростанціями, а в наступні роки, коли втрати XX були знижені до 50%, а втрати КЗ – на 20…25%, загальні втрати у парку трансформаторів дещо зменшилися. Ще більшого зменшення цих втрат можна досягти за рахунок широкого застосування сухих силових трансформаторів, що мають низькі втрати XX і КЗ. Область застосування сухих силових трансформаторів завдяки їх численним перевагам, зазначеним у табл. кращими порівняно з масляними трансформаторами споживчих властивостей, такими як підвищена надійність, безпека, зручність в експлуатації та ін., коштують у 2,5-3 рази дорожче, ніж масляні. Ці трансформатори широко застосовуються в системах розподілу електроенергії в житлових, громадських, адміністративних та побутових будинках, а також на цілій низці інших об'єктів, до яких пред'являються підвищені вимоги щодо пожежної безпеки та вибухозахищеності, екологічної чистоти та низького рівня шуму. До таких об'єктів з підвищеним рівнем безпеки людей, обладнання та навколишнього середовища відносяться лікарні, готелі, банки, офісні центри, висотні будівлі, метрополітен, наземний електротранспорт та ін. експлуатації, у тому числі для морського, арктичного чи тропічного клімату, для районів із підвищеною сейсмічною активністю тощо.
В даний час переважна більшість зарубіжних та вітчизняних фірм виробляють сухі трансформатори за однією з наступних технологій: вакуумної або безвакуумної (ровінгової) [2-6].
Охарактеризуємо спочатку сутність вакуумної технології виробництва сухих силових трансформаторів.
При виробництві сухих трансформаторів за вакуумною технологією готові обмотки трансформатора заливаються у вакуумі епоксидним компаундом з кварцовим наповнювачем, процес підготовки якого відбувається у вакуумі. Трансформатори з обмотками, виготовленими таким чином, отримали назву CAST RESIN TRANSFORMERS або скорочено CAST RESIN.
Гідність цієї технології полягає в тому, що вона дозволяє виключити зі складу ізоляції різні домішки, а також газові мікропорожнини, що різко погіршують діелектричну міцність ізоляції по відношенню до часткових розрядів, дія яких викликає швидке старіння ізоляції і знижує термін її служби. Обмотка трансформатора в результаті вакуумної обробки отримує міцну, закриту з усіх боків, епоксидну оболонку товщиною 5...20 мм, яка надає обмотці необхідної жорсткості і захищає її від вологи та впливу агресивної з'єди.
Загальний вигляд сухого силового трансформатора типу CAST RESIN, виготовленого за вакуумною технологією, показаний на фотографії, поміщеній на початку статті, а вид найважливіших конструктивних елементів цього трансформатора показаний на рис.2, де зазначено:
1 - тристрижневий магнітопровід, що складається з трьох колон, виконаних з магнітної сталі з оптимальною зернистою структурою;
2, 3 — обмотки ПН та ВН відповідно, виготовлені з алюмінієвої стрічки
4 - введення ПН, які можуть мати або нормальне розташування - зверху на протилежному боці по відношенню до вводів ВН, або спеціальне розташування - знизу;
5 - введення ВН, що мають перемички для узгодження обмотки ВН з напругою мережі, розташовані на стороні вводів ПН; перемикання перемичок здійснюється при незбудженому трснсформаторі;
6 - пружні опорні підкладки, призначені для зниження рівня шуму трансформатора;
7 — опорна рама з роликами для переміщення трансформатора в поздовжньому і поперечному напрямках;
8 - ізоляція, що є сумішшю епоксидної смоли і кварцового наповнювача, що не вимагає додаткового обслуговування.
Основні технічні характеристики трансформаторів, виготовлених за вакуумною технологією компанії ABB, наведено у табл.3 [2,3].
Відзначимо найбільш суттєві особливості обмоток та магнітопроводу сухих силових трансформаторів, виготовлених за вакуумною технологією заливання обмоток [2-4].
Відмінною конструктивною особливістю термообробленої обмотки ВН сухих силових трансформаторів з литою ізоляцією є те, що вона виготовляється із застосуванням автоматичного намотування та складається з виконаного з алюмінієвої фольги набору котушок. Ізоляція між витками здійснюється за допомогою поліефірної плівки. Кожна котушка армується скловолокном, піддається глибокому сушінню і потім заливається у вакуумі епоксидною смолою класу F, змішаною з кварцем і тригідроксід алюмінію. Така технологія виготовлення обмотки ВН забезпечує низький рівень напруги між сусідніми провідниками. Незначна різниця потенціалів між сусідніми витками обмотки дозволила у трансформаторах з литою ізоляцією відмовитися від застосування міжшарової ізоляції і тим самим зменшити габарити котушок та забезпечити високу якість литої ізоляції, що покриває всі провідники.
Обмотка ПН сухих силових трансформаторів, виготовлених за вакуумною технологією, також виконується з алюмінієвої фольги, ізольованої діелектричною плівкою класу F. Особливістю цієї обмотки є те, що вона, після попереднього просочення і подальшої вакуумної обробки, набуває досить високої механічної міцності, що дозволяє не тільки зберігати цілісність трансформстора при температурних деформаціях та аварійних струмах КЗ, що багаторазово перевищують номінальний робочий струм трансформатора, але й на порядок знизити в обмотці втрати на вихрові струми порівняно з втратами в обмотках звичайного виконання.
Магнітопровід, що є одним з найважливіших елементів трансформатора, виготовляється з магнітної пластини з орієнтованою зернистою структурою, яка захищена від питомих втрат енергії та має високу магнітну проникність.
Крім того, складові частини магнітопроводу в процесі його виготовлення розташовуються під кутом 45°, з перекриття з'єднаннями за так званою технологією «Step Lap», що призводить до зниження втрат і струму XX, а також рівня шуму трансформатора.
Окрім виготовлення сухих силових трансформаторів за вакуумною технологією заливання обмоток, сухі трансформатори створюються також за іншою технологією. Так, наприкінці 70-х років минулого століття фірмою ASEA — LEPPER (нинішня назва ABB) була розроблена без вакуумна технологія виробництва сухих силових трансформаторів [5, 6]. За цією технологією обмотка ВН сухого силового трансформатора виготовляється шляхом почергового намотування шару обмотки та міжшарової ізоляції, що складається з ровінгу, насиченого епоксидним компаундом без наповнювача, причому намотування проводиться на мокро при атмосферному тиску. Трансформатори з обмотками, виконаними за такою технологією, отримали назву «РЕЗИБЛОК», що відображає той факт, що такі обмотки мають вигляд монолітного блоку, посилені скловолокном, просоченим епоксидним компаундом, і тому після подальшої спільної термообробки здатні витримувати значні зусилля КЗ. Механічна міцність обмотки такого трансформатора унеможливлює виникнення тріщин в обмотках і гарантує тривалий термін експлуатації трансформаторів цього типу.
До основних переваг трансформаторів типу RES/BLOC відносяться такі:
• низькі втрати XX та КЗ;
• низький рівень часткових розрядів; 
• висока динамічна міцність обмоток,
• лінійний розподіл атмосферної перенапруги;
• ефективна система природного охолодження (завдяки вбудованим каналам охолодження), що дозволяє їх експлуатувати в нормальному режимі роботи при нагріванні обмоток до 1 40°С;
• малошумність;
• виключно висока вибухо- та пожаробезо-пасність.
Загальний вид сухого силового трансформатора типу RESIBLOC виробництва компанії ABB, виготовленого за безвакуумною технологією, показано на рис.3, яке основні технічні характеристики наведені в табл.4 [5].
Трансформатори RESIBLOC пройшли тривалі випробування за температури навколишнього середовища -60°С, які довели, що цей тип трансформаторів перевершує за своїми характеристиками вимоги існуючих стандартів.
Порівняльна оцінка основних переваг сухих (епоксидних) трансформаторів типу CAST RESIN, що виготовляються за вакуумною технологією, та трансформаторів типу RESIBLOC, що виготовляються за безвакуумною технологією, показує, що обидва типи трансформаторів практично рівноцінні по пожежобезпеці; волого- та хімостійкості; екологічної безпеки [4]. У той же час трансформатори типу RESIBLOC здатні перевершувати трансформатори CAST RESIN за механічною міцністю, динамічною стійкістю до сил КЗ, стійкістю до дії високих та низьких температур.
К.Ю. Гурд, м. Київ
Всього коментарів: 0