Introduzione
11kV trasformatori di distribuzione immersi in oliosono tra le apparecchiature di conversione dell'energia più critiche nelle reti di distribuzione dell'energia. Sono ampiamente utilizzati nelle reti elettriche urbane, nei parchi industriali, nelle comunità residenziali, nei siti minerari e nelle nuove centrali elettriche. Molti ingegneri di approvvigionamento, tecnici di manutenzione e principianti del settore energetico necessitano di una chiara comprensione delle strutture interne dei trasformatori durante la selezione delle apparecchiature, la revisione e la risoluzione dei problemi. Il serbatoio esterno e le alette di raffreddamento costituiscono semplicemente l'involucro esterno dell'unità. Tutti i componenti principali che eseguono la trasformazione della tensione e trasportano carichi elettrici sono racchiusi all'interno del serbatoio dell'olio. Questa guida analizza sistematicamente la costruzione interna completa dei trasformatori immersi in olio da 11 kV, spiega la funzione di ciascun componente, le proprietà dei materiali e la logica di lavoro cooperativo tra le parti. Aiuta i lettori a comprendere i principi di funzionamento delle apparecchiature e fornisce riferimenti affidabili per l'approvvigionamento dei prodotti, l'ispezione di routine, la manutenzione e la diagnosi dei guasti.
Nucleo di ferro
Il nucleo di ferro funge da struttura del circuito magnetico e componente principale per la trasmissione del flusso magnetico. Il nucleo di ferro di un 11kVtrasformatore immerso in olioè generalmente assemblato mediante impilamento di lamiere di acciaio al silicio a grani orientati laminate a freddo con elevata permeabilità magnetica. Sulla superficie delle lamiere di acciaio al silicio viene applicato un rivestimento isolante che riduce efficacemente la perdita di correnti parassite e la perdita di isteresi generate sotto campi magnetici alternati, riducendo la generazione di calore delle apparecchiature. Il nucleo di ferro è costituito da gambe e gioghi. Gli avvolgimenti sono montati sulle gambe del nucleo, mentre i gioghi chiudono il circuito magnetico. Il nucleo di ferro è saldamente bloccato e fissato per evitare un rumore eccessivo causato dalle vibrazioni elettromagnetiche dopo l'eccitazione. Il nucleo in ferro adotta la messa a terra a punto singolo nella progettazione elettrica per evitare potenziali fluttuanti che potrebbero innescare scariche parziali. Questo design è essenziale per il funzionamento sicuro del trasformatore a lungo termine. Se si verifica la messa a terra multipunto sul nucleo di ferro, la corrente circolante si formerà e surriscalderà le lamiere di acciaio al silicio, accelerando l'invecchiamento dell'olio isolante e portando anche a gravi guasti interni.
Avvolgimenti (bobine)
Gli avvolgimenti sono la parte del circuito elettrico del trasformatore, divisa in avvolgimenti ad alta tensione e avvolgimenti a bassa tensione, montati concentricamente su gambe con nucleo in ferro. Per un tipico trasformatore di distribuzione da 11 kV, la tensione nominale sul lato ad alta tensione è 11 kV e il lato a bassa tensione solitamente emette 400 V. Gli avvolgimenti a bassa tensione sono disposti vicino al nucleo di ferro, mentre gli avvolgimenti ad alta tensione sono posizionati sullo strato esterno. Poiché gli avvolgimenti a bassa tensione trasportano una corrente elevata, vengono adottati fogli di rame o conduttori di rame spessi. Gli avvolgimenti ad alta tensione funzionano ad alta tensione, utilizzando sottili fili di rame isolati da un isolamento di carta multistrato. I conduttori sono avvolti con carta isolante ad alta resistenza per formare un isolamento giro dopo giro e un isolamento strato dopo strato. Gli spazi isolanti principali riempiti con olio del trasformatore sono riservati tra gli avvolgimenti ad alta e bassa tensione per l'isolamento elettrico. Gli avvolgimenti devono avere una resistenza meccanica sufficiente. Quando si verificano guasti da cortocircuito nel sistema di alimentazione, un'enorme forza elettromagnetica di cortocircuito influisce sulle bobine. Una struttura di avvolgimento robusta può resistere alla deformazione e prevenire danni all'isolamento. I cavi degli avvolgimenti vengono estratti dal serbatoio attraverso boccole isolanti per il collegamento con cavi di alimentazione esterni.
Sistema di isolamento e olio del trasformatore
Il sistema di isolamento interno combina materiali isolanti solidi e olio isolante liquido. I materiali isolanti solidi includono carta isolante, cartone isolante, supporti e blocchi isolanti, utilizzati per separare gli avvolgimenti e supportare le bobine. L'olio del trasformatore è un mezzo indispensabile all'interno del serbatoio, con due funzioni primarie: isolamento elettrico e dissipazione del calore. L'olio del trasformatore ha un'eccellente rigidità dielettrica. Riempie gli spazi tra tutte le parti interne per eliminare gli spazi d'aria e prevenire lo scarico per guasto. Durante il funzionamento, il calore generato dal nucleo di ferro e dagli avvolgimenti viene trasferito all'olio del trasformatore. Attraverso la convezione naturale o la circolazione forzata, l'olio trasferisce il calore alla parete del serbatoio e ai radiatori per dissipare il calore. Inoltre, l'olio del trasformatore sopprime l'ossidazione dei materiali isolanti e rallenta l'invecchiamento dell'isolamento. La qualità dell'olio determina direttamente la durata del trasformatore. Umidità eccessiva, impurità o gas all'interno dell'olio ridurranno drasticamente le prestazioni di isolamento. Pertanto, i test regolari di campionamento dell'olio sono un compito prioritario nei lavori di manutenzione.
Conduttori interni e commutatore di prese
I conduttori interni collegano i terminali dell'avvolgimento alle boccole esterne. Per i conduttori vengono utilizzati conduttori in rame isolati e la disposizione segue rigorosamente i requisiti di distanza di isolamento per impedire scariche tra i conduttori o tra i conduttori e la terra. Il commutatore a vuoto è installato all'interno del serbatoio e collegato ai punti di presa degli avvolgimenti ad alta tensione. La tensione della rete elettrica presenta spesso piccole fluttuazioni. Dopo un'interruzione di corrente, gli addetti alla manutenzione possono regolare le posizioni delle prese del commutatore per modificare il numero di spire degli avvolgimenti ad alta tensione, in modo da stabilizzare la tensione di uscita sul lato a bassa tensione. Si noti che il commutatore di presa può essere utilizzato solo in condizioni di spegnimento. La regolazione del carico è severamente vietata.
Componenti di protezione interna
All'interno del serbatoio sono disposti diversi componenti di protezione. Il relè Buchholz è montato sulla tubazione che collega il serbatoio e il conservatore. Quando si verificano piccoli guasti interni al trasformatore, il gas verrà decomposto. In caso di guasti gravi, il sovraccarico del flusso d'olio farà scattare il relè per inviare segnali di allarme o attivare lo sgancio del circuito. I sensori di temperatura con sonde inserite nel serbatoio sono attrezzati per monitorare la temperatura superiore dell'olio. Le barriere isolanti interne e le strutture di supporto fissano tutti i componenti interni per evitare lo spostamento dei componenti durante il trasporto o l'impatto di cortocircuito.
Conclusione
La costruzione interna di un 11kVtrasformatore immerso in oliofunziona come un sistema integrato. Il nucleo di ferro forma il circuito magnetico, gli avvolgimenti realizzano la conversione tra energia elettrica ed energia magnetica. L'olio isolante e l'isolamento solido svolgono congiuntamente compiti di isolamento e dissipazione del calore. I commutatori, i cavi interni e i dispositivi di protezione garantiscono la regolazione della tensione e la protezione dai guasti. L'invecchiamento o il danneggiamento di qualsiasi componente interno influenzeranno direttamente lo stato operativo complessivo del trasformatore. Padroneggiare la conoscenza della costruzione interna aiuta il personale tecnico a completare l'accettazione delle apparecchiature e la manutenzione regolare, individuare rapidamente le fonti di guasto, prolungare la durata di servizio del trasformatore e garantire un'alimentazione stabile delle reti di distribuzione.
