Силові трансформатори є важливою ланкою в ланцюзі постачання енергії. Вони повинні мати тривалий термін служби в поєднанні з високим ступенем надійності в експлуатації.Система ізоляції звичайних трансформаторів піддається старінню в залежності від навантаження/температури. Це ще більше посилюється киснем і вологою, що поглинаються з атмосфери. При цьому, силові трансформатори повинні відповідати сучасним вимогам їх експлуатації. А саме висока ефективність, часте максимальне навантаження. Тому герметичні трансформатори стали оптимальним рішенням.
Основною метою розробки герметичних трансформаторів було зменшення старіння целюлози та масла. Ця розробка почалася в Німеччині в 1960-х роках у галузі розподільних трансформаторів з початковою потужністю від 50 до 1600 кВА. Залежне від температури та збільшення об’єму масло поглиналося не традиційним консерватором. Для цього використовували спеціально розроблені гофри корпусу. Цей тип трансформатора вже більше тридцяти років надійно і безвідмовно працює в промисловості та енергопостачанні. Сьогодні ця технологія доступна з потужністю до 8000 кВА.
GE почала розробку герметичних силових трансформаторів більше десяти років тому. У зв’язку з поточними змінами в енергопостачанні, очікується, що силові трансформатори будуть підтримувати вищий ступінь роботи та мати довший термін служби. Технічне обслуговування, або так звані витрати життєвого циклу, також відіграють все більшу роль. Відповіддю на всі ці вимоги є герметичний трансформатор GE, який завдяки своїй інноваційній технології пропонує застосування до 245 кВ і 250 МВА.
Стандартна конструкція силового трансформатора GE 12,5 – 80 (100) МВА, 110 кВ, викладена в DIN 42508 у Німеччині та IEC 60076-1, IEEE C57.12.00. Ці стандарти визначають зовнішній вигляд і конфігурацію трансформатора. В основному він складається:
Конструкція герметично закритого силового трансформатора здебільшого відповідає DIN 42508, IEC 60076-1 або IEEE Std C57.12.00. Але він не має ані консерватора, ані жодних осушувачів. Радіатори мають особливу конструкцію, щоб виконувати дві функції:
Крім того, можна використовувати новий тип пристрою, який не потребує обслуговування, наприклад Vacutap OLTC. Він оснащений вакуумними контактними камерами. Завдяки чому гасіння дуги відбувається не в маслі пристрою, а в камерах. Результатом є те, що через операції перемикання не відбувається розкладання масла, а отже, й забруднення масла в пристрої. У порівнянні зі звичайним пристроєм, інтервал обслуговування перемикача Vacutap подовжено до 15 років.
Для підвищення надійності звичайні клинові засувки замінено на сферичні засувки з нержавіючої сталі.
Інший спосіб захистити трансформаторне масло від атмосфери – це використовувати герметичний масло/повітряний сепаратор. Це гумовий мішок, закріплений через фланець у масляному консерваторі. Внутрішня його частина з’єднана з навколишньою атмосферою через фланець, трубку та вентиляційну систему для зневоднення. У цього методу є недоліки:
Трансформаторне масло захищене від атмосфери:
Без масляного консерватора та відповідних пристроїв, що потребують технічного обслуговування:
Це забезпечує основні переваги для клієнтів:
Оскільки герметичні трансформатори не потребують консерватора, для виявлення несправностей не потрібне реле потоку масла. Тому для захисту трансформатора потрібно всього два пристрої:
Ізоляційна система трансформатора складається з ізоляційного масла та твердої ізоляції, такої як:
Ізоляційний папір та прес-картон виготовлені з целюлози. Целюлоза — це ланцюгова молекула, що складається з кілець глюкози, з’єднаних містками ОН. Кількість кілець глюкози в молекулі целюлози також відома як ступінь полімеризації (DP), яка становить близько 1000 для нової целюлози.
Целюлоза піддається старінню, яке у звичайному трансформаторі складається з трьох компонентів:
Вода розчиняє кисневі містки між кільцями глюкози. Випробування показали, що за наявності кисню та вмісту води 2% у паперовій ізоляції швидкість старіння збільшується в 20 разів. У герметично закритих трансформаторах процеси старіння здебільшого обмежуються термічним старінням.
Розроблено новий тип радіатора для герметичних силових трансформаторів. Конструкція базується на звичайних радіаторах, щоб зробити її економічною, але об’єм змінюється в максимально можливій мірі, не впливаючи на термін служби. У співпраці з фахівцями було спроектовано, виготовлено та піддано випробуванням на довговічність кілька типів радіаторів. Результатом став радіатор із змінним об’ємом, який пройшов випробування на витривалість із 5800 циклами навантаження. Відповідно до стандартів DIN 42 500-6 і EN 50216-6 це відповідає терміну служби 87 років. Паралельно з дослідженнями, проведеними з Hochschule Aachen, елітним німецьким інженерним університетом, проводилися теоретичні дослідження напруги. Теоретичні результати були повністю підтверджені результатами випробувань на витривалість.
Радіатори сконструйовані таким чином, що при максимальній температурі/тиску їх розширення не впливає на природну конвекцію охолоджуючого повітря між елементами радіатора. У конструкції нових радіаторів довелося піти на два компроміси:
У дослідженні вартості життєвого циклу порівнювалися трансформатори з ідентичними технічними даними. В них входили такы показники, як коефіцієнт напруги, напруга повного опору, векторна група та втрати. Але з трьома різними форматами конструкції:
Протягом 40 років експлуатації на трансформаторі проводяться певні періодичні роботи з технічного обслуговування:
Протягом усього терміну служби герметичний трансформатор не потребує особливого технічного обслуговування чи ремонту. Лише РПН, що потребує невибагливого обслуговування, якщо він є (наприклад, РПН Vacutap), потрібно обслуговувати приблизно кожні 15 років, але, без будь-якого розкладання масла чи забруднення, робота набагато менша, ніж стандартний пристрій РПН.
Під час розрахунку та порівняння вартості технічного обслуговування із загальними витратами протягом життєвого циклу для різних типів трансформаторів стає очевидним, що герметичні силові трансформатори забезпечують значну економію на додаток до скорочення старіння паперу та масла.
