Eigenschaften und Anwendung von Trockentransformatoren

Derzeit sind in China hauptsächlich dreiphasige Festkörpertransformatoren der SC-Serie verbaut, beispielsweise der dreiphasige Wicklungstransformator SCB9 und der dreiphasige Folientransformator SCB10. Ihre Spannung liegt üblicherweise im Bereich von 6–35 kV, die maximale Leistung bei bis zu 25 MVA. Trockentransformatoren werden im Wesentlichen in imprägnierte und harzgefüllte Trockentransformatoren unterteilt.

1. Imprägnierter Trockentransformator

Bei imprägnierten Trockentransformatoren aus China ist der Draht mit Glasfasern ummantelt, und die Kontaktfläche wird mit dem entsprechenden Isoliermaterial heißverpresst. Diese Transformatoren werden hauptsächlich in Wasserkraftwerken und Hochhäusern mit guter Feuerbeständigkeit eingesetzt.

Aufgrund der unterschiedlichen Imprägnierfarbe wird die Transformatorisolierung in B, F, H, C, Hauptisolierung und Vertikalisolierung unterteilt (Hauptisolierung zwischen Wicklung und Wicklung sowie zwischen Wicklung und Kernisolierung).

Vertikale Isolation bezeichnet die Isolation zwischen verschiedenen Punkten und Teilen der Transformatorwicklung mit unterschiedlichen Potenzialen, insbesondere die Isolationsleistung zwischen Windungen, Lagen und Abschnitten der Wicklung. Luft dient als Isoliermedium.

Diese Art von Transformator ist stärker von Umwelteinflüssen betroffen als Trockentransformatoren mit Harzfüllung; außerdem sind Aussehen und Gewicht größer, und die Leistung im In- und Ausland nimmt tendenziell ab.

Die Wicklung verfügt über Enddichtungen an beiden Enden, ist beständig gegen Gezeiten, weist eine hohe Feuerbeständigkeit auf und bietet Brandschutz bei offenen Flammen bis 750 °C. Es handelt sich um einen relativ neuen Typ von Trockentransformatoren. 1.2 Harz-Trockentransformatoren, die zu den führenden Produkten der inländischen Harzgießerei zählen, lassen sich in die folgenden drei Kategorien unterteilen.

Der erste Typ, der als Drahtwickel-Gusstransformator bezeichnet wird, besteht bei Hochspannung aus einem drahtgewickelten, gebrochenen Zylinderguss, bei Niederspannung aus einem drahtgewickelten Zylinder (oder Segmentzylinderguss); Li Qian, Shaanxi Provincial Electric Power (Group) Co., LTD. Hinweis für Guss ohne Füllmaterial.

Der zweite Typ, der als foliengewickelter Gusstransformator bezeichnet wird, ist für die Hochspannung ein segmentierter foliengewickelter Gusstransformator, für die Niederspannung ein Kupferfolien- (oder Aluminiumfolien-) Wicklungstyp; das Gussteil wird mit Füllmaterial gegossen.

Der dritte Typ ist der Hochdruck-Drahtwickel-Brechzylinder-Gießtyp, der Niederdruck-Kupferfolien- (oder Aluminiumfolien-) Wickeltyp; Der Guss erfolgt ohne Füllstoff.

Die drei oben genannten Produkttypen weisen jeweils spezifische Merkmale in Herstellung und Leistung auf und belegen derzeit einen gewissen Marktanteil. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Diskussion von drahtgewickelten Gießtransformatoren.

2. Drahtgewickelter Gusstransformator

2.1. Strukturelle Merkmale

Im zweiten Kraftwerk von Baoji in der Provinz Shaanxi werden ausschließlich drahtumwickelte Gießtransformatoren eingesetzt. Diese haben eine Nennspannung von 6 kV, eine Leistung von 100 kVA bis 1600 kVA und sind für die Installation in Innenräumen vorgesehen.

Die Hoch- und Niederspannungswicklungen des Produkts bestehen aus Kupferdraht, sind vollständig gewickelt, glasfaserverstärkt, dünn isoliert, mit füllstofffreiem Harz imprägniert, unter Vakuum gegossen und nach der spezifischen Temperaturhärtungskurve ausgehärtet.

Die Hochspannungswicklung ist als spezielle segmentierte Zylinderstruktur ausgeführt, die Niederspannungswicklung hingegen je nach Spannungsniveau als mehrlagige Zylinderwicklung, segmentierte Zylinderwicklung oder spezielle segmentierte Zylinderwicklung.

2.2 Technische Merkmale

2.2.1 Die stoßfeste Drahtwicklung der Hochspannungstransformatorwicklung verwendet eine spezielle segmentierte Zylinderstruktur. Diese Struktur basiert auf der üblichen segmentierten Spulenwicklung und vereint die Vorteile der Stoßfestigkeit der Spulenwicklung mit der Lösung des Widerspruchs zwischen Spulenwicklung und Hochspannung. Es handelt sich um eine ideale Wicklungsstruktur, die oft als nicht-resonante Wicklungsstruktur bezeichnet wird.

Im Vergleich zum gewöhnlichen Segmentzylinder kann der spezielle Segmentzylinder die Spannung zwischen den Schichten weiter reduzieren, die Spannungsverteilung verbessern und die Stoßfestigkeit gegenüber atmosphärischen und betriebsbedingten Überspannungen erheblich steigern.

Die Stoßfestigkeit hängt nicht nur von der Wicklungsstruktur ab, sondern auch von der Gussqualität der Wicklung und den elektrischen Eigenschaften des Isoliermaterials.

Nach Abschluss des Wickelvorgangs wird das Produkt im Vakuum mit reinem Harz übergossen, ohne dass Füllstoffe hinzugefügt werden, damit die Fließfähigkeit des Harzes nicht beeinträchtigt wird.

Und weil die Wicklung mit Draht gewickelt wird, kann das Harz die Wicklung vollständig durchdringen, egal ob in axialer oder radialer Richtung, und es bilden sich keine Blasen im Inneren.

Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt die Klassifizierung und die Eigenschaften von Trockentransformatoren und konzentriert sich dabei auf die Strukturmerkmale von drahtgewickelten Gießformtransformatoren, technische Merkmale, Kühlsysteme, Temperaturregelungssysteme usw. Abschließend werden die Entwicklungsperspektiven von Trockentransformatoren zusammengefasst. Schlüsselwörter: Trockentransformator; Klassifizierung von drahtgewickelten Gießformtransformatoren

Die aus Harz und Glasfasern bestehende solide Isolierung bietet nicht nur eine gute Stoßfestigkeit, sondern auch eine sehr geringe lokale Entladung.

2.2.2. Gute mechanische Festigkeit und hohe Kurzschlussfestigkeit. Bei segmentierter zylindrischer Drahtwicklung kann nach dem Vakuumgießen das Harz gleichzeitig zwischen Lagen, Windungen und Abschnitten der Wicklung eingebracht werden.

Nach dem Aushärten verbinden sich Harz, Draht und Glasfaser fest zu einer stabilen, steifen Körperstruktur. Die hohe Festigkeit dieser Struktur gewährleistet, dass die drahtgewickelten Gussprodukte eine gute Kurzschlussfestigkeit aufweisen.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient des aus Harz und Glasfasern hergestellten Verbundisolationsmaterials beträgt (18 ~ 20)×10⁻⁶/K, der des in der Wicklung verwendeten Kupfers 17×10⁻⁶/K. Diese Werte liegen im Wesentlichen nahe beieinander. Dadurch werden die mechanischen Spannungen zwischen Wicklungsleiter und Isoliermaterial, die durch Wärmeausdehnung und Kältekontraktion während des Transformatorbetriebs entstehen, eliminiert. Rissbildung wird somit von vornherein verhindert.

Da das Produkt unter hohem und niedrigem Druck mit Harz gegossen und der Eisenkern mit Harz beschichtet wird, weist es eine hohe Feuchtigkeits- und Korrosionsbeständigkeit auf. Selbst bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % ist ein langer Betrieb möglich.

Da die aus reinem Harz und Glasfasern bestehende Verbundisolierung eine extrem hohe elektrische Festigkeit aufweist, beträgt die Dicke der Oberflächenisolierung des Produkts nur 1,5 bis 2 mm, was die Wärmeableitungseffizienz der Wicklungsoberfläche erheblich verbessert.

2.3. Kühlsystem und Schutz

Trockentransformatoren werden durch natürliche Luftkühlung und Zwangsluftkühlung gekühlt. Die natürliche Luftkühlung gewährleistet den ordnungsgemäßen Betrieb des Transformators unter Nennlast. Die im Kraftwerk Baoji Nr. 2 eingesetzten Trockentransformatoren werden alle mittels Radialventilatoren zwangsgekühlt.

Nach Kühlung durch Zwangsluftzirkulation kann die Leistung von Trockentransformatoren mit 800 kVA und darunter um 40 % und die von Trockentransformatoren mit 800 kVA und darüber um 50 % gesteigert werden, sodass ein Dauerbetrieb möglich ist.

Trockentransformatoren verfügen im Allgemeinen über die Schutzart IP00, d. h. sie sind ohne Gehäuse und für den Innenbereich geeignet. Das zweite Kraftwerk in Baoji verwendet diese Schutzart. Auf Wunsch des Nutzers kann jedoch ein zusätzliches Schutzgehäuse angebracht werden.

Das IP20-Gehäuse verhindert das Eindringen von festen Fremdkörpern mit einer Größe von mehr als 12 mm und schützt spannungsführende Teile. Bei Verwendung der Schutzart IP23 bietet es neben der Schutzart IP20 auch Schutz gegen Spritzwasser.

2.4. Temperaturregelungssystem

Der sichere und zuverlässige Betrieb sowie die Lebensdauer von Leistungstransformatoren hängen maßgeblich von der sicheren und zuverlässigen Isolierung der Transformatorwicklung ab. Eine Überschreitung der Isolationstemperatur durch die Wicklungstemperatur ist einer der Hauptgründe für die Zerstörung der Isolierung und den damit verbundenen Funktionsausfall des Transformators.

Der drahtgewickelte Gusstransformator der SC-Serie ist mit dem automatischen Temperaturregelungssystem XMTB ausgestattet. Ein thermisches Widerstandsthermometer aus Platin ist in die erste Windung des Niederspannungswicklungsdrahtes eingebettet, um den Temperaturanstieg der Wicklung automatisch zu erfassen, die Temperatur der dreiphasigen Niederspannungswicklung anzuzeigen und diese thermisch zu schützen.

Bei Änderung der Umgebungstemperatur und der Last sendet der Temperaturregler automatisch ein Signal, um den Lüfter zu starten (110 ℃), den Lüfter zu stoppen (90 ℃), einen Alarm auszulösen (120 ℃) ​​und die Abschaltung zu steuern (145 ℃), sodass das Produkt im Betrieb einen zuverlässigen Überlastschutz bietet.

Die drahtgewickelten Gusstransformatoren der SC3-Serie nutzen die patentierte Technologie von M&C zur Temperaturerkennung und -regelung der Transformatorwicklungen und produzieren einen Temperaturregler, der die Temperatur der Wicklungen direkt erfassen und die Zwangsluftkühlung (AF), den Übertemperaturalarm und die Übertemperaturabschaltung des Transformators realisieren kann.

Nach der ordnungsgemäßen Inbetriebnahme des Temperaturreglers wird zunächst der Transformator an das Netz angeschlossen und anschließend der Temperaturregler aktiviert. Der Temperaturregler arbeitet im Automatikbetrieb und überwacht und schützt den Transformator. Sobald die Wicklungstemperatur 110 °C übersteigt, schaltet der Temperaturregler den Lüfter zur Zwangskühlung ein. Sinkt die Wicklungstemperatur unter Zwangskühlung unter 90 °C, schaltet sich der Lüfter wieder ab.

Steigt die Wicklungstemperatur weiter an, gibt der Temperaturregler einen Übertemperaturalarm (155 °C) und ein Übertemperaturabschaltsignal (170 °C) aus. Fällt der Temperaturregler aus und kann vorübergehend nicht entfernt werden, kann er ausgebaut werden. Der Transformator kann weiterhin betrieben werden; es muss lediglich der normale Betriebszustand des Transformators überwacht werden.

3. Vergleich zwischen Trockentransformator und ölgekühltem Transformator

Die erheblichen Vorteile und die geringen Kosten von ölgekühlten Transformatoren sind durch andere Transformatoren nur schwer zu ersetzen. Im Außenbereich und bei den Brandschutzanforderungen allgemeiner Orte werden ölgekühlte Transformatoren daher auch in Zukunft über einen längeren Zeitraum hinweg die erste Wahl bleiben.

Für Orte mit hohen Brandschutzanforderungen werden jedoch Trockentransformatoren oder Transformatoren mit nicht brennbarer Flüssigkeit eingesetzt. Der Trockentransformator weist eine höhere Überlastfähigkeit als der ölgekühlte Transformator auf, hauptsächlich aufgrund der geringeren Stromdichte, der höheren Wärmekapazität und der größeren Wicklungszeitkonstante.

Im Vergleich zu ölgekühlten Transformatoren weisen Trockentransformatoren einen verbesserten Isolationsbetrieb auf. Ölgekühlte Transformatoren finden häufiger Anwendung, insbesondere bei Außeninstallationen.

Der Einsatzbereich von Trockentransformatoren ist klein, daher werden sie eher in Innenräumen betrieben. Im Vergleich zu ölgekühlten Transformatoren weisen sie eine geringere Blitzspannungsamplitude, eine langsamere Wellenausbreitung und eine geringere Blitzeinschlagswahrscheinlichkeit auf.

Trockentransformatoren werden häufig durch Metalloxid-Überspannungsableiter geschützt, die nicht nur die atmosphärische Überspannung, sondern auch die interne Überspannung begrenzen.