ลักษณะและการใช้งานของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้ง

ปัจจุบัน หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งของจีนส่วนใหญ่เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าแบบสามเฟสชนิดขึ้นรูปแข็งซีรีส์ SC เช่น หม้อแปลงไฟฟ้าแบบขดลวดสามเฟสซีรีส์ SCB9 หม้อแปลงไฟฟ้าแบบฟอยล์สามเฟสซีรีส์ SCB10 และหม้อแปลงไฟฟ้าแบบฟอยล์สามเฟสซีรีส์ SCB9 โดยทั่วไปแล้วระดับแรงดันจะอยู่ในช่วง 6-35 กิโลโวลต์ และกำลังไฟฟ้าสูงสุดถึง 25 เมกะโวลต์แอมป์ หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งชนิดชุบสาร และหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งชนิดเรซิน

1. หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งชนิดเคลือบสารกันซึม

ลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งชนิดชุบในประเทศจีนนั้นหุ้มด้วยลวดใยแก้ว และแผ่นรองถูกอัดร้อนด้วยวัสดุฉนวนที่เหมาะสม โดยส่วนใหญ่ใช้ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำและอาคารสูงที่มีคุณสมบัติทนไฟได้ดี

เนื่องจากความแตกต่างของสีเคลือบฉนวน หม้อแปลงไฟฟ้าจึงแบ่งออกเป็นประเภท B, F, H, C, ฉนวนหลัก และฉนวนแนวตั้ง (ฉนวนหลักระหว่างขดลวดกับขดลวด และระหว่างขดลวดกับฉนวนแกน)

ฉนวนแนวตั้งหมายถึงฉนวนระหว่างจุดและส่วนต่างๆ ของขดลวดหม้อแปลงที่มีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน โดยส่วนใหญ่จะรวมถึงประสิทธิภาพการเป็นฉนวนระหว่างรอบ ชั้น และส่วนต่างๆ ของขดลวด โดยใช้อากาศเป็นตัวกลางในการเป็นฉนวน

หม้อแปลงชนิดนี้ได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมมากกว่าหม้อแปลงแห้งชนิดเรซิน รูปลักษณ์และน้ำหนักก็ใหญ่กว่า และกำลังการผลิตทั้งในและต่างประเทศมีแนวโน้มลดลง

มีซีลปิดปลายขดลวดทั้งสองด้าน ไม่กลัวกระแสน้ำ ทนไฟสูง ป้องกันไฟไหม้ในกองไฟที่อุณหภูมิ 750 ℃ ​​จัดเป็นหม้อแปลงแห้งชนิดใหม่ 1.2 หม้อแปลงแห้งชนิดเรซิน ซึ่งเป็นตัวแทนของผลิตภัณฑ์หม้อแปลงหล่อเรซินชั้นนำในประเทศในปัจจุบัน สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทดังต่อไปนี้

ประเภทแรก เรียกว่าหม้อแปลงแบบหล่อพันลวด แรงดันสูงใช้การหล่อทรงกระบอกแบบแยกส่วนพันลวด ส่วนแรงดันต่ำใช้การหล่อทรงกระบอก (หรือทรงกระบอกแบบแบ่งส่วน) พันลวด (หมายเหตุ: ไม่มีการหล่อแบบใช้วัสดุเติม)

หม้อแปลงไฟฟ้าแบบที่สอง เรียกว่า หม้อแปลงแบบหล่อพันฟอยล์ แรงดันสูงจะเป็นแบบหล่อพันฟอยล์แบบแบ่งส่วน ส่วนแรงดันต่ำจะเป็นแบบพันฟอยล์ทองแดง (หรือฟอยล์อลูมิเนียม) และการหล่อจะทำโดยการเติมวัสดุอุดช่องว่าง

ประเภทที่สาม คือ แบบหล่อทรงกระบอกพันลวดแรงดันสูง และแบบหล่อหุ้มฟอยล์ทองแดง (หรือฟอยล์อลูมิเนียม) แรงดันต่ำ โดยการหล่อจะทำโดยไม่ใช้สารเติมแต่ง

ผลิตภัณฑ์ทั้งสามประเภทข้างต้นมีลักษณะเฉพาะในการผลิตและประสิทธิภาพการทำงาน และปัจจุบันครองส่วนแบ่งการตลาดในระดับหนึ่ง บทความนี้จะเน้นการอภิปรายเกี่ยวกับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบหล่อขึ้นรูปด้วยลวดพัน

2. หม้อแปลงไฟฟ้าแบบหล่อพันลวด

2.1. ลักษณะโครงสร้าง

ในโรงไฟฟ้าแห่งที่สองของเมืองเป่าจี มณฑลฉานซี หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งที่ใช้ในโรงงานทั้งหมดเป็นหม้อแปลงแบบหล่อด้วยลวดหุ้ม มีแรงดัน 6 กิโลโวลต์ กำลังการผลิต 100 กิโลโวลต์แอมป์ ถึง 1600 กิโลโวลต์แอมป์ และติดตั้งภายในอาคาร

ขดลวดแรงดันสูงและแรงดันต่ำของผลิตภัณฑ์ทำจากลวดทองแดง พันเต็มเส้น เสริมด้วยใยแก้ว ฉนวนบาง เคลือบด้วยเรซินปราศจากสารเติมแต่ง เทขึ้นรูปภายใต้สภาวะสุญญากาศ และอบให้แข็งตัวตามเส้นโค้งอุณหภูมิที่กำหนด

ขดลวดแรงดันสูงใช้โครงสร้างทรงกระบอกแบบแบ่งส่วนพิเศษ ส่วนขดลวดแรงดันต่ำใช้แบบทรงกระบอกหลายชั้น แบบทรงกระบอกแบ่งส่วน หรือแบบทรงกระบอกแบ่งส่วนพิเศษ ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้า

2.2 คุณสมบัติทางเทคนิค

2.2.1 การพันขดลวดทนแรงกระแทกของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงใช้โครงสร้างทรงกระบอกแบบแบ่งส่วนพิเศษ โครงสร้างนี้มีพื้นฐานมาจากการพันขดลวดแบบแกนกลมทั่วไป โดยแบบทรงกระบอกแบ่งส่วนทั่วไปได้สืบทอดข้อดีของการทนแรงกระแทกของการพันขดลวดแบบแกนกลม และแก้ปัญหาความขัดแย้งระหว่างชั้นของขดลวดแรงสูง เป็นโครงสร้างการพันขดลวดในอุดมคติ มักเรียกว่าโครงสร้างการพันขดลวดแบบไม่สั่นพ้อง

เมื่อเปรียบเทียบกับกระบอกสูบแบบแบ่งส่วนทั่วไป กระบอกสูบแบบแบ่งส่วนพิเศษนี้สามารถลดแรงดันไฟฟ้าระหว่างชั้นได้ดียิ่งขึ้น ปรับปรุงการกระจายแรงดันไฟฟ้า และเพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกเพื่อทนต่อแรงดันไฟฟ้าเกินในบรรยากาศและแรงดันไฟฟ้าเกินขณะใช้งานได้อย่างมาก

ความต้านทานต่อแรงกระแทกนั้นไม่เพียงเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของขดลวดเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับคุณภาพการหล่อของขดลวดและคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุฉนวนด้วย

หลังจากขั้นตอนการม้วนผลิตภัณฑ์เสร็จสมบูรณ์แล้ว จะทำการเทเรซินบริสุทธิ์ลงไปในสภาวะสุญญากาศ โดยไม่เติมสารตัวเติมใดๆ เพื่อไม่ให้ประสิทธิภาพการไหลของเรซินลดลง

และเนื่องจากการพันขดลวดทำด้วยลวด เรซินจึงสามารถซึมเข้าไปในขดลวดได้อย่างสมบูรณ์ ไม่ว่าจะพันจากทิศทางตามแนวแกนหรือแนวรัศมี และไม่มีฟองอากาศอยู่ภายใน

บทคัดย่อ: บทความนี้แนะนำการจำแนกประเภทและลักษณะเฉพาะของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้ง โดยเน้นที่ลักษณะโครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบหล่อขดลวด คุณลักษณะทางเทคนิค ระบบระบายความร้อน ระบบควบคุมอุณหภูมิ และอื่นๆ พร้อมทั้งสรุปแนวโน้มการพัฒนาของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้ง คำสำคัญ: หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้ง; การจำแนกประเภทหม้อแปลงไฟฟ้าแบบหล่อขดลวด

ฉนวนแข็งที่ประกอบด้วยเรซินและใยแก้ว ไม่เพียงแต่ทนทานต่อแรงกระแทกได้ดี แต่ยังมีการปล่อยประจุเฉพาะจุดน้อยมาก

2.2.2. มีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีและทนต่อการลัดวงจรสูง สำหรับการพันลวดแบบทรงกระบอกแบ่งส่วน หลังจากเทเรซินในสภาวะสุญญากาศแล้ว เรซินสามารถซึมเข้าไปในระหว่างชั้น ระหว่างรอบ และระหว่างส่วนต่างๆ ของการพันลวดได้ในครั้งเดียว

หลังจากบ่มแล้ว เรซิน ลวด และใยแก้วจะรวมตัวกันอย่างแน่นหนาเพื่อสร้างโครงสร้างที่แข็งแรงและทนทาน คุณสมบัติทางกลที่มีความแข็งแรงสูงของโครงสร้างนี้ทำให้ผลิตภัณฑ์หล่อขึ้นรูปด้วยลวดมีคุณสมบัติทนต่อการลัดวงจรได้ดี

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุฉนวนคอมโพสิตที่เกิดจากการบ่มเรซินและใยแก้วคือ (18 ~ 20)×10-6/K และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของทองแดงที่ใช้ในการพันขดลวดคือ 17×10-6/K ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วใกล้เคียงกัน จึงช่วยขจัดความเครียดทางกลระหว่างตัวนำขดลวดและวัสดุฉนวนที่เกิดจากการขยายตัวทางความร้อนและการหดตัวจากความเย็นในระหว่างการทำงานของหม้อแปลง และขจัดปรากฏการณ์การแตกร้าวได้อย่างถาวร

เนื่องจากผลิตภัณฑ์นี้หล่อขึ้นจากเรซินภายใต้ความดันสูงและต่ำ และแกนเหล็กเคลือบด้วยเรซิน จึงมีความทนทานต่อความชื้นและการกัดกร่อนสูง สามารถใช้งานได้ต่อเนื่องเป็นเวลานานแม้ในสภาพความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ 100%

เนื่องจากฉนวนคอมโพสิตที่ประกอบด้วยเรซินบริสุทธิ์และใยแก้วมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าดีเยี่ยม ความหนาของฉนวนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์จึงมีเพียง 1.5 ~ 2 มม. ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนของพื้นผิวขดลวดได้อย่างมาก

2.3. ระบบระบายความร้อนและการป้องกัน

หม้อแปลงแบบแห้งระบายความร้อนด้วยการระบายความร้อนด้วยอากาศธรรมชาติและการระบายความร้อนด้วยการหมุนเวียนอากาศแบบบังคับ การระบายความร้อนด้วยอากาศธรรมชาติใช้เพื่อให้มั่นใจว่าหม้อแปลงทำงานได้ตามปกติภายใต้ภาระพิกัด หม้อแปลงแบบแห้งที่ใช้ในโรงไฟฟ้าเป่าจี้หมายเลข 2 ทั้งหมดระบายความร้อนด้วยการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับโดยใช้พัดลมแบบรัศมี

หลังจากระบายความร้อนด้วยการหมุนเวียนอากาศแบบบังคับแล้ว กำลังการผลิตของหม้อแปลงแบบแห้งที่มีขนาด 800 kVA หรือต่ำกว่า สามารถเพิ่มขึ้นได้ 40% และกำลังการผลิตของหม้อแปลงแบบแห้งที่มีขนาด 800 kVA ขึ้นไป สามารถเพิ่มขึ้นได้ 50% และสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง

หม้อแปลงแบบแห้งโดยทั่วไปมีระดับการป้องกัน IP00 นั่นคือ ไม่มีฝาครอบ ใช้ภายในอาคาร โรงไฟฟ้าแห่งที่สองของเป่าจี้ใช้โหมดการป้องกันนี้ นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มฝาครอบป้องกันตามความต้องการของผู้ใช้ได้

ตัวเรือนมาตรฐาน IP20 ป้องกันสิ่งแปลกปลอมที่เป็นของแข็งที่มีขนาดใหญ่กว่า 12 มม. เข้าไป และเป็นเกราะป้องกันชิ้นส่วนที่มีกระแสไฟฟ้า เมื่อใช้มาตรฐานการป้องกัน IP23 นอกจากฟังก์ชันการป้องกัน IP20 แล้ว ยังมีฟังก์ชันป้องกันน้ำกระเด็นอีกด้วย

2.4. ระบบควบคุมอุณหภูมิ

การทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ รวมถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานของหม้อแปลงไฟฟ้า ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับฉนวนที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ของขดลวดหม้อแปลง อุณหภูมิของขดลวดที่สูงเกินอุณหภูมิของฉนวนเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้ฉนวนเสียหายและทำให้หม้อแปลงไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ

หม้อแปลงไฟฟ้าแบบหล่อขึ้นรูปชนิดพันลวดรุ่น SC ใช้ระบบควบคุมอุณหภูมิอัตโนมัติ XMTB โดยมีองค์ประกอบวัดอุณหภูมิความต้านทานความร้อนแพลทินัมฝังอยู่ในขดลวดแรงดันต่ำรอบแรก เพื่อตรวจจับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของขดลวดโดยอัตโนมัติ แสดงอุณหภูมิของขดลวดแรงดันต่ำสามเฟส และให้การป้องกันความร้อนแก่ขดลวดเหล่านั้น

เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมและภาระเปลี่ยนแปลงไป เมื่อขดลวดมีอุณหภูมิถึงขีดจำกัด ตัวควบคุมอุณหภูมิจะส่งสัญญาณโดยอัตโนมัติเพื่อควบคุมการสตาร์ทพัดลม (110 ℃), การหยุดพัดลม (90 ℃), สัญญาณเตือน (120 ℃) ​​และการตัดวงจร (145 ℃) เพื่อให้ผลิตภัณฑ์มีการป้องกันการโอเวอร์โหลดที่เชื่อถือได้ในระหว่างการใช้งาน

หม้อแปลงไฟฟ้าแบบหล่อขดลวดรุ่น SC3 ใช้เทคโนโลยีที่จดสิทธิบัตรของ M&C สำหรับการตรวจจับและควบคุมอุณหภูมิของขดลวดหม้อแปลง และผลิตตัวควบคุมอุณหภูมิที่สามารถตรวจจับอุณหภูมิของขดลวดได้โดยตรง และควบคุมการระบายความร้อนด้วยอากาศ (AF) การแจ้งเตือนเมื่ออุณหภูมิสูงเกิน และการตัดวงจรเมื่ออุณหภูมิสูงเกินของหม้อแปลง

หลังจากทำการปรับแต่งระบบควบคุมอุณหภูมิให้ทำงานตามปกติแล้ว ขั้นตอนแรกคือการต่อหม้อแปลงเข้ากับวงจรไฟฟ้า จากนั้นจึงจ่ายไฟให้ระบบควบคุมอุณหภูมิทำงาน ระบบควบคุมอุณหภูมิจะอยู่ในสถานะควบคุมอัตโนมัติ และจะทำการตรวจจับและป้องกันอุณหภูมิของหม้อแปลง เมื่ออุณหภูมิของขดลวดสูงกว่า 110 ℃ ระบบควบคุมอุณหภูมิจะเริ่มการทำงานของพัดลมเพื่อระบายความร้อน หากอุณหภูมิของขดลวดลดลงต่ำกว่า 90 ℃ ในระหว่างการระบายความร้อนด้วยอากาศ พัดลมจะหยุดทำงาน

หากอุณหภูมิของขดลวดเพิ่มสูงขึ้นอีก ตัวควบคุมอุณหภูมิจะส่งสัญญาณเตือนอุณหภูมิสูงเกิน (155 ℃) และสัญญาณตัดการทำงานเนื่องจากอุณหภูมิสูงเกิน (170 ℃) หากตัวควบคุมอุณหภูมิเสียและไม่สามารถถอดออกได้ชั่วคราว ให้ถอดตัวควบคุมอุณหภูมิออก หม้อแปลงไฟฟ้ายังคงสามารถทำงานต่อไปได้ เพียงแต่ต้องตรวจสอบและให้แน่ใจว่าหม้อแปลงไฟฟ้าอยู่ในสภาพการทำงานปกติ

3. การเปรียบเทียบระหว่างหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งและหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมัน

ข้อดีที่สำคัญและต้นทุนต่ำของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมันนั้นยากที่จะหาหม้อแปลงชนิดอื่นมาทดแทนได้ ในสถานที่ทั่วไปที่ต้องการใช้งานกลางแจ้งและป้องกันอัคคีภัย ทั้งในปัจจุบันและในอนาคตอีกนาน หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมันจะยังคงเป็นที่นิยมใช้เป็นหลัก

แต่สำหรับสถานที่ที่มีข้อกำหนดด้านการป้องกันอัคคีภัยสูง จะใช้หม้อแปลงแบบแห้งหรือแบบใช้ของเหลวที่ไม่ติดไฟ หม้อแปลงแบบแห้งมีกำลังรับภาระเกินพิกัดสูงกว่าหม้อแปลงแบบแช่น้ำมัน เนื่องจากความหนาแน่นกระแสของหม้อแปลงแบบแห้งต่ำกว่า ความจุความร้อนสูง และค่าคงที่เวลาของขดลวดสูง

เมื่อเปรียบเทียบกับหม้อแปลงแบบแช่น้ำมัน สภาพการทำงานของฉนวนในหม้อแปลงแบบแห้งนั้นดีขึ้น หม้อแปลงแบบแช่น้ำมันใช้งานได้ในหลายพื้นที่ และมักติดตั้งภายนอกอาคารมากกว่า

หม้อแปลงแบบแห้งมีช่วงการจ่ายไฟแคบ ใช้งานในที่ร่มมากกว่า เมื่อเทียบกับหม้อแปลงแบบแช่น้ำมันแล้ว หม้อแปลงแบบแห้งมีข้อเสียคือ แอมพลิจูดแรงดันฟ้าผ่าต่ำกว่า หัวคลื่นช้ากว่า และโอกาสเกิดฟ้าผ่าน้อยกว่า

หม้อแปลงแบบแห้งมักได้รับการป้องกันด้วยอุปกรณ์ป้องกันแรงดันเกินจากโลหะออกไซด์ ซึ่งไม่เพียงแต่จำกัดแรงดันเกินจากบรรยากาศเท่านั้น แต่ยังจำกัดแรงดันเกินภายในอีกด้วย