Библиотека

Силовые трансформаторы находятся в центре системы передачи и распределения электроэнергии, а конкуренция в энергетическом секторе, требует от компаний производящих трансформаторы работать над повышением надежности, снижением потерь и затрат на их обслуживание.

Концепция силового трансформатора была задумана и разработана в конце 1800-х годов и с тех пор, она мало изменилась. Тем не менее, совершенствование разработок в этой сфере и технологии производства положительно сказываются на характеристиках современных трансформаторов.

Почему современная конструкция трансформатора

Накопленный опыт проектирования в сочетании с обширными усилиями в области передачи и распределения, современные трансформаторы значительно меньше по размеру, дешевле, и в состоянии обещать значительное увеличение эффективности и сокращения потерь электроэнергии. Не стоит забывать, что снижение потерь электроэнергии ведет не только к экономии средств, но и меньшему числу выбросов парниковых газов.

Лучшая конструкция трансформатора и применение современных электротехнических сталей может существенно сократить потери холостого хода - основной составляющей потерь электроэнергии силового трансформатора. В некоторых случаях, потери холостого хода могут быть дополнительно снижены заменой обычной электротехнической стали на аморфный металл.

Типы конструкций трансформаторов

Продолжительность срока эксплуатации трансформаторов зависит от ряда факторов, наиболее важными из которых являются качество системы изоляции. Два бича для изоляции трансформатора - влага и высокая температура. Решение этих двух факторов, современные конструкции трансформатора разработаны с целью сохранения общего качества изоляции трансформатора. Некоторые из этих проектов включают в себя открытый стиль, герметичные цистерны, консерватор стиля и автоматическое давления газа.

Открытая конструкция трансформатора - это бак, в котором пространство выше уровня масла заполнено воздухом или газом. Преимущество открытых трансформаторов в его невысокой первоначальной стоимости, однако, это наименее эффективный способ защиты изоляционной системы трансформатора.

Герметичная конструкция трансформатора - в герметичном исполнении бак, ярмо, обмотки и трансформаторное масло полностью закрыты в главном резервуаре без вентиляции в атмосферу. Это обеспечивает лучшую защиту от проникновения влаги и загрязняющих веществ в изоляцию трансформатора. Один из недостатков этой конструкции трансформаторов, заключается в том, что если в сварном, фланцевом соединении или прокладке возникнет утечка в газовом пространстве над трансформаторным маслом, возникнет прямой контакт масла с внешней атмосферой.

Трансформатор с баком расширителя - в этой конструкции основной бак полностью заполнен маслом и меньшего размера бак расширителя расположен выше основного бака, с объемом от 5 до 10% от основного. Такая конструкция хороша для защиты изоляции трансформатора.

Автоматическое регулирование давление газа - эта конструкция трансформатора очень похожа на герметичную, с тем исключением, что свободное пространство над маслом имеет положительное давление в любое время, поддерживаясь с помощью системы регулирования газа. В данной конструкции до тех пор, как газовый баллон и система регулирования работоспособны, положительное давление в баке автоматически поддерживается, не допуская никаких контактов атмосферы с трансформаторным маслом. Эта система является достаточно надежной, однако, такой трансформатор имеет более высокую начальную цену и нуждается в больших эксплуатационных расходах.

Современные тенденции в конструировании трансформаторов

Повышение тарифов на электроэнергию выдвигает требования по снижению потерь в трансформаторах. Основное внимание обращено на внедрение современных конструкций и технологий, направленных на снижение потерь энергии в трансформаторах. Большинство трансформаторов по своей природе наиболее эффективны, когда они работают при 100% нагрузке. Тем не менее, 100% нагрузка является идеальным случаем, а многим трансформаторам приходится работать при более низких нагрузках. С изменением нагрузки трансформатора изменяется его эффективность. Современные конструкции трансформаторов позволяют повысить их эффективность на 30% - 50%, при этом при нагрузке 35% их потери снижены на 30%. Современная конструкция трансформаторов определяется производственными тенденциями, благодаря которым трансформаторы отличаются существенно большей мощностью и экономичностью.

Применение воздушной подушки в расширительном баке
Современные конструкции трансформаторов с защитой бака оснащены подушками в расширительном баке, которые практически исключают испарение масла из-за контакта с внешней атмосферой.

Применение методов искусственного интеллекта при проектировании трансформаторов
Разработаны многочисленные средства проектирования трансформаторов такие, как искусственный интеллект (ИИ) в сочетании с методом конечных элементов (ММК). Сегодня, ИИ широко используется для моделирования нелинейных и крупномасштабных систем, особенно, когда точные математические модели, получить трудно или невозможно. Кроме того, ИИ более эффективен в решении трудных задач оптимизации. С другой стороны, ММК может решать сложные геометрические задачи, а также дает устойчивое и точное решение.

Инновационный изоляционный материал
Ухудшение изоляционных свойств материалов, применяемых в силовых трансформаторах, приводит к ухудшению их диэлектрических свойств и снижает способность противостоять коротким замыканиям.

Однако, инновационная гибридная высокотемпературная изоляция, может расширить интервал допустимых температуры изоляции, увеличить механическую прочность обмотки, и уменьшить расходы на обслуживание и замену трансформаторов. В гибридной изоляции используются слои арамидной бумаги и целлюлозной бумаги. Дополнительные глобальные изменения конструкции включают в себя сокращение числа каналов охлаждения между слоями и укрепления каркаса трансформатора для улучшения стойкости к короткому замыканию. Применение гибридной изоляции при производстве трансформаторов, позволяет существенно повысить надежность и срок службы трансформаторов, что в свою очередь приводит к снижению экономических затрат при эксплуатации.

Преимущества современной конструкции силового трансформатора
Рост предпочтения в сторону современной конструкции трансформаторов обусловлен не только законными требованиями, а еще и потому, что эти трансформаторы имеют высокую энергетическую эффективность, а также малые сроки окупаемости.
Преимущества современной конструкции трансформатора включают в себя:
 - Более длительный срок службы трансформатора;
 - Снижение энергетических затрат за счет снижения потерь;
 - Сокращение выбросов парниковых газов;
 - Более эффективное использование энергии; более высокая производительность с меньшим использованием энергии.