Trasformatore di tipo secco: tipi, isolamento e applicazioni|Yawei

A trasformatore di tipo seccotrasferisce l'energia elettrica senza utilizzare l'olio convenzionale del trasformatore per l'isolamento e il raffreddamento. Utilizza invece materiali isolanti solidi, resina, aria o, in alcuni modelli speciali, gas.

Ciò rende i trasformatori a secco un'opzione pratica per molte installazioni interne e sensibili all'ambiente. Li troverete spesso in edifici commerciali, fabbriche, data center, ospedali, progetti di energia rinnovabile, sistemi ferroviari e altre strutture in cui sono importanti la sicurezza antincendio e le condizioni di installazione.

Tuttavia, non esiste un unico design adatto a ogni progetto. Trasformatori in resina-, trasformatori VPI, trasformatori isolati in poliarilammina, SF₆i trasformatori isolati in gas e i trasformatori a secco-di tipo cavo adottano tutti approcci leggermente diversi all'isolamento e al raffreddamento.

Quindi, quando qualcuno dice "trasformatore di tipo secco", vale la pena chiedere che tipo intendono effettivamente.

Cos'è un trasformatore di tipo secco?

A trasformatore di tipo seccoutilizza un isolamento non-liquido per isolare gli avvolgimenti e il nucleo. Poiché il trasformatore produce ancora calore dalle perdite del nucleo e degli avvolgimenti, necessita anche di un adeguato sistema di raffreddamento per mantenere la temperatura sotto controllo.

Un tipico trasformatore a secco contiene un nucleo magnetico, un avvolgimento ad alta-tensione, un avvolgimento a bassa-tensione, un sistema di isolamento, terminali, supporti meccanici e un dispositivo di raffreddamento. A seconda del modello possono essere inclusi anche sensori di temperatura, ventole, una custodia e dispositivi di protezione.

Un ovvio vantaggio è che non esiste un serbatoio dell'olio del trasformatore convenzionale. Ciò elimina il rischio di perdite d'olio e può rendere i trasformatori a secco adatti per sale elettriche interne e aree in cui l'isolamento liquido non è auspicabile.

Detto questo, "asciutto" non significa esente da manutenzione-. Il trasformatore necessita ancora di un'adeguata ventilazione, ispezione, pulizia, monitoraggio della temperatura e protezione. L'ambiente di installazione può fare una grande differenza.

Trasformatori di tipo-a secco-in resina

Trasformatori a secco-in resina-sono ampiamente utilizzati nei sistemi di alimentazione industriali e commerciali. La resina costituisce una parte importante dell'isolamento degli avvolgimenti e aiuta a proteggere i conduttori da umidità, polvere, contaminazione e stress meccanico.

Esistono diverse tecnologie basate sulla resina-e non sono tutte esattamente uguali.

Colata riempita di resina-

Nella struttura riempita di resina-, l'avvolgimento è circondato o riempito con resina isolante. Una volta indurita, la resina forma una solida struttura isolante attorno all'avvolgimento.

Ciò può essere utile in ambienti in cui l'umidità o la contaminazione costituiscono un problema. Ad esempio, gli impianti industriali potrebbero contenere polvere, umidità o inquinanti atmosferici che potrebbero causare problemi ai sistemi di avvolgimento meno-protetti.

Ma la qualità della resina è importante. Moltissimo, in realtà. Vuoti, crepe, aria intrappolata o polimerizzazione inadeguata possono indebolire il sistema di isolamento e contribuire alla scarica parziale nelle applicazioni ad alta-tensione.

Colata di resina

Colata di resinaè un processo di fabbricazione in cui l'avvolgimento viene posto all'interno di uno stampo e attorno ad esso viene introdotta la resina isolante. La resina viene quindi polimerizzata in condizioni controllate.

Il processo può sembrare semplice, ma dietro le quinte c’è molto da fare. La temperatura della resina, la viscosità, le condizioni del vuoto, il tempo di indurimento e lo spessore dell'isolamento devono essere tutti controllati attentamente.

Una buona fusione aiuta a ridurre le sacche d'aria interne e altri difetti. Questo è importante perché anche le piccole imperfezioni all'interno dell'isolamento ad alta-tensione possono diventare un problema dopo anni di stress elettrico e termico.

Avvolgimento in resina

Nell'aavvolgimento in resina, la resina diventa una parte importante del sistema di isolamento degli avvolgimenti. I conduttori in rame o alluminio possono essere combinati con resina, fibra di vetro, carta isolante o pellicola isolante.

L'avvolgimento deve gestire sia lo stress elettrico che quello meccanico. Quando il trasformatore è fortemente caricato, l'avvolgimento si riscalda. Quando il carico diminuisce, si raffredda. Questo ciclo si ripete ripetutamente durante il normale funzionamento.

Per questo motivo, il sistema di isolamento necessita di buone prestazioni elettriche e di una resistenza meccanica sufficiente per resistere all’espansione e alla contrazione termica.

Impregnazione sotto vuoto in resina

Impregnazione sotto vuoto con resina (VPI)è un'altra tecnologia di isolamento in resina utilizzata nei trasformatori di tipo secco.

Durante la VPI, l'avvolgimento è esposto alla resina in condizioni di vuoto e pressione controllate. Ciò consente alla resina di penetrare più efficacemente nella struttura isolante, contribuendo al tempo stesso a ridurre l'aria intrappolata.

Dopo l'indurimento l'avvolgimento diventa meccanicamente più resistente e meglio protetto dall'umidità e dagli influssi ambientali.

VPI e colata di resina vengono talvolta menzionati insieme, ma non sono lo stesso processo di produzione. La struttura dell'avvolgimento e il metodo di produzione sono diversi, quindi la scelta dipende dall'applicazione prevista del trasformatore.

Trasformatori isolati in poliarilammina

Trasformatori isolati in poliarilamminautilizzare materiali polimerici a base di poliarilammina-come parte del sistema di isolamento.

La poliarilammina è un polimero ad alte-prestazioni con utili proprietà elettriche e termiche. Nella costruzione dei trasformatori, l'isolamento polimerico avanzato può fornire ulteriore flessibilità nella progettazione di strutture di avvolgimento compatte e sistemi di isolamento.

Questo tipo di trasformatore può essere preso in considerazione laddove sono importanti un buon isolamento elettrico, prestazioni termiche e una struttura compatta.

Tuttavia, sarebbe un errore giudicare un trasformatore solo dal materiale isolante. La progettazione del nucleo, la selezione del conduttore, la disposizione degli avvolgimenti, il raffreddamento, la qualità della produzione e le condizioni operative lavorano tutti insieme.

Nei progetti-del mondo reale, ciò che conta è il sistema di isolamento completo.

San Francisco₆Trasformatori isolati in gas

San Francisco₆trasformatori isolati in gasutilizzare esafluoruro di zolfo (SF₆) gas invece del tradizionale isolamento liquido.

San Francisco₆ha un'elevata rigidità dielettrica ed è utilizzato da molti anni nelle apparecchiature elettriche ad alta-tensione. Sotto una pressione adeguata e all'interno di un involucro adeguatamente progettato, può fornire un isolamento efficace supportando al contempo apparecchiature compatte.

Tuttavia, San Francisco₆i sistemi presentano anche alcuni requisiti speciali.

Proprietà di isolamento di SF₆Gas

Uno dei principali vantaggi di SF₆è la sua forte prestazione dielettrica. Può fornire un efficace isolamento elettrico tra i componenti sotto tensione quando la pressione del gas e il design dell'apparecchiatura sono appropriati.

Ma non si tratta semplicemente di mettere SF₆all'interno di un involucro metallico e di aver finito. La pressione del gas, la temperatura, la distribuzione del campo elettrico, la progettazione dell'involucro e la tenuta al gas richiedono tutti un'attenzione particolare.

Dissipazione del calore di SF₆Raffreddamento di gas e trasformatori

I trasformatori generano calore indipendentemente dal fatto che il mezzo isolante sia olio, aria, resina o gas.

In una San Francisco₆trasformatore isolato in gas, il calore proveniente dal nucleo e dagli avvolgimenti si sposta nel gas e quindi deve essere trasferito attraverso l'involucro e il sistema di raffreddamento.

A seconda del modello del trasformatore, il raffreddamento può utilizzare la circolazione del gas naturale, la circolazione forzata del gas o un sistema di raffreddamento esterno.

La progettazione termica è quindi importante quanto la progettazione dielettrica. Un trasformatore può avere un eccellente isolamento ma deve comunque affrontare problemi se il calore non può essere rimosso in modo efficace.

San Francisco₆Componenti del trasformatore isolati in gas

La configurazione esatta dipende dal produttore e dall'applicazione, ma un SF₆Il trasformatore isolato in gas può includere il nucleo, gli avvolgimenti, l'involucro riempito di gas-, i terminali o le boccole, le apparecchiature di monitoraggio del gas, i dispositivi di controllo della pressione-, le apparecchiature di raffreddamento e i sistemi di protezione.

Il monitoraggio della pressione del gas è particolarmente importante. Se si verificano perdite di gas e la pressione scende al di sotto del livello richiesto, le prestazioni di isolamento potrebbero risentirne.

San Francisco₆Effetto serra

C’è anche una questione ambientale da non trascurare.

San Francisco₆è un gas serra molto potente e può rimanere nell’atmosfera per molto tempo. Di conseguenza, produttori e operatori devono prestare molta attenzione alla prevenzione delle perdite, al recupero del gas, al riciclaggio e alla gestione-del-fine vita.

Le normative ambientali stanno diventando sempre più importanti anche nell’approvvigionamento di apparecchiature elettriche. Per i progetti che considerano SF₆tecnologia, è opportuno valutare sia i suoi vantaggi tecnici sia i suoi requisiti ambientali.

Trasformatori di tipo-a secco-a cavo

Trasformatori a cavo-a secco-tipoutilizzare cavi isolati o conduttori simili-come parte del sistema di avvolgimento.

Invece dei tradizionali conduttori nudi o piatti, nell'avvolgimento è integrata la tecnologia dei cavi isolati. Ciò può aiutare a ottenere particolari soluzioni di isolamento e, in alcuni progetti, una costruzione più compatta.

I trasformatori a secco-di tipo cavo sono generalmente più specializzati dei trasformatori fusi in resina-standard. Possono essere presi in considerazione quando un progetto presenta requisiti specifici di tensione, isolamento, spazio o avvolgimento.

L'isolamento del cavo deve comunque resistere a stress elettrici, calore, forze meccaniche e ripetuti sbalzi di temperatura. Quindi, ancora una volta, la progettazione termica e la qualità dell’isolamento sono entrambe importanti.

Come scegliere il giusto trasformatore a secco

Scegliere il giustotrasformatore di tipo seccoinizia dall'impianto elettrico, non dalla brochure del prodotto.

È necessario verificare la capacità nominale, la tensione primaria e secondaria, la frequenza, l'impedenza, il gruppo vettoriale, il livello di isolamento, l'aumento della temperatura, il metodo di raffreddamento, la temperatura ambiente, l'altitudine di installazione, la classificazione della custodia e gli standard applicabili.

L'ambiente è altrettanto importante.

Una fabbrica può esporre il trasformatore a polvere, umidità, sostanze chimiche, vibrazioni o carichi variabili. Un data center può presentare carichi elevati e continui, armoniche, elevata densità di potenza e una forte necessità di espansione futura.

Per le installazioni interne, è particolarmente facile trascurare la ventilazione. Un trasformatore può essere progettato correttamente e continuare a surriscaldarsi se il locale elettrico non riesce a rimuovere abbastanza calore.

Raffreddamento del trasformatore di tipo a secco

Il raffreddamento è uno dei fattori chiave nella progettazione di trasformatori a secco.

Molti trasformatori di tipo secco utilizzanoUN raffreddamento, ovvero il raffreddamento naturale dell'aria. Il calore generato nel nucleo e negli avvolgimenti viene trasferito attraverso la struttura del trasformatore e rilasciato nell'aria circostante.

Per potenze maggiori o carichi più pesanti,Raffreddamento AFo il raffreddamento ad aria forzata. Le ventole aumentano il flusso d'aria e aiutano a rimuovere il calore in modo più efficace.

Il metodo di raffreddamento influisce sull'aumento della temperatura e sulla capacità di carico continuo. Ma anche la ventilazione della stanza è importante. Una sala del trasformatore scarsamente ventilata può ridurre le prestazioni pratiche anche di un trasformatore ben-progettato.

Applicazioni dei trasformatori a secco

I trasformatori a secco vengono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui edifici commerciali, fabbriche, ospedali, data center, centri commerciali, grattacieli-alti, tunnel, sistemi ferroviari, progetti di energia rinnovabile e strutture infrastrutturali.

Sono particolarmente interessanti laddove evitare l'olio del trasformatore può semplificare la pianificazione-della sicurezza antincendio o ridurre le preoccupazioni relative alle perdite di liquidi.

I progetti solari ed eolici possono anche utilizzare trasformatori di tipo secco per alcune applicazioni di conversione e distribuzione dell'energia. La scelta finale dipende dalla tensione, dalla capacità, dal profilo di carico, dalle condizioni ambientali e dalle specifiche del progetto.

Trasformatore di tipo a secco rispetto a Trasformatore in olio-Immerso

Nessuna delle due tecnologie è automaticamente migliore.

Un trasformatore a secco è spesso una buona scelta per sale elettriche interne, strutture commerciali, tunnel, ospedali e data center dove la sicurezza antincendio e l'assenza di isolamento liquido sono importanti.

I trasformatori immersi nell'olio- continuano ad essere ampiamente utilizzati nelle sottostazioni esterne, nelle centrali elettriche, nei servizi pubblici e nei sistemi di trasmissione e distribuzione ad alta-capacità. L'olio per trasformatori fornisce sia isolamento elettrico che efficiente trasferimento di calore, il che può rappresentare un vantaggio significativo per i trasformatori di potenza di grandi dimensioni.

Alla fine, la decisione dovrebbe basarsi sul progetto completo-non solo sul tipo di trasformatore.

Standard e qualità della produzione

Un affidabiletrasformatore di tipo seccodipende da molto di più del materiale isolante.

La costruzione del nucleo, la qualità del conduttore, la progettazione dell'avvolgimento, la lavorazione della resina, l'assemblaggio meccanico, il raffreddamento e i test in fabbrica sono tutti fattori che influenzano le prestazioni e la durata del trasformatore.

A seconda dell'applicazione, i trasformatori a secco possono essere progettati e testati secondoCEI 60076-11, insieme alle norme nazionali applicabili e alle specifiche di progetto.

I tipici test di fabbrica possono includere resistenza dell'avvolgimento, rapporto di tensione, isolamento, perdita a vuoto, perdita di carico, perdita di carico, dielettrico, aumento della temperatura, livello sonoro e prove di scarica parziale, ove applicabile.

Per gli appaltatori EPC e i team di procurement vale la pena confrontare oltre al prezzo e alla valutazione in kVA. Due trasformatori con la stessa capacità nominale possono avere sistemi di isolamento, qualità di produzione, prestazioni di raffreddamento e durata operativa prevista molto diversi.

Conclusione

ILtrasformatore di tipo seccoè una soluzione importante per la moderna distribuzione elettrica, in particolare laddove l'installazione interna, la sicurezza antincendio, la protezione dell'ambiente e la riduzione della manutenzione-correlata al petrolio sono priorità.

I trasformatori in resina-utilizzano tecnologie comecolata di resina, avvolgimento di resina e impregnazione sotto pressione di resina. Trasformatori isolati in poliarilamminautilizzare materiali polimerici avanzati per sistemi di isolamento specializzati.San Francisco₆trasformatori isolati in gasforniscono elevate prestazioni dielettriche ma richiedono un'attenta gestione del gas a causa delSan Francisco₆effetto serra. Trasformatori a cavo-a secco-tipoutilizzare la tecnologia dei cavi isolati per applicazioni di avvolgimento più specializzate.

La tecnologia più complicata non è sempre la scelta migliore. A volte un tradizionale trasformatore in resina-colata è esattamente ciò di cui un progetto ha bisogno. In altre situazioni, un sistema di isolamento o avvolgimento specializzato potrebbe essere una soluzione migliore.

PerTrasformatore Yawei, l'approccio pratico consiste nel iniziare con l'impianto elettrico e l'ambiente di lavoro reali. Tensione, capacità, raffreddamento, isolamento, condizioni di installazione e requisiti operativi a lungo termine-devono lavorare insieme.

Questo è ciò che trasforma un trasformatore a secco da un prodotto su scheda tecnica in un'apparecchiatura affidabile in grado di mantenere in funzione un sistema elettrico giorno dopo giorno.

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