Производительность трансформаторов рассматривается либо с точки зрения значения уровня потерь, либо уровня их КПД. Значения КПД сравниваются при нагрузке 50%. Государственные стандарты, определяющие уровень энергопотерь трансформаторов, в последнее время претерпевают серьезные изменения: правительство и представители энергокомпаний стараются соответствовать своим обязательствам и обязанностям в сфере энергоэффективности и климатических изменений. Для разных стран характерны различные уровни эффективности трансформаторов. Низкий и средний упразднены – все страны переходят на высокий, очень высокий и сверхвысокий уровни. Сверхвысокий КПД могут показывать только трансформаторы с сердечником из аморфного металла (о них мы поговорим позже)
В настоящее время наиболее популярное разделение трансформаторов по способу изоляции – масляные и сухие.
Масляный трансформатор – трансформатор с жидким диэлектриком, в котором основной изолирующей средой и теплоносителем служит трансформаторное масло. [ГОСТ 16110-82].
Существует четыре типа масляных трансформаторов: трансформаторы с системой свободного дыхания, трансформаторы с газовой подушкой между зеркалом масла и крышкой трансформатора, трансформаторы с расширительным баком и трансформаторы с гофрированным баком. В настоящее время применяют только трансформаторы последнего типа
Сухие трансформаторы – это трансформаторы с воздушным охлаждением. Тепло от нагретых частей таких трансформаторов отводится благодаря естественным воздушным потокам. Для трансформаторов мощностью до 2500 кВт с напряжением обмоток высшего напряжения до 15 кВ такого естественного охлаждения вполне достаточно.
Свое применение такие трансформаторы находят в местах, где имеют место повышенные требования к безопасности людей и оборудования. Мощные сухие трансформаторы применяются: на промышленных металлургических предприятиях, на предприятиях нефтяной промышленности, на целлюлозно-бумажном производстве, в машиностроении, а также при электроснабжении общественных зданий, сооружений и на транспорте.
Обмотки низшего напряжения (НН) и обмотки высшего напряжения (ВН) трансформатора заключены в защитный кожух, и атмосферный воздух служит для них основной охлаждающей и изолирующей средой. Если сравнивать с маслом, то воздух обладает значительно более слабыми изолирующими свойствами, поэтому и требования к изоляции обмоток сухих трансформаторов значительно выше.
Эти трансформаторы устанавливаются лишь в сухих закрытых помещениях (влажность не выше 80%), поскольку их обмотки увлажняются при соприкосновении с воздухом, и для снижения гигроскопичности обмотки дополнительно пропитываются специальными лаками.
Сухие трансформаторы бывают трех разных конструкций: с открытой обмоткой, с монолитной обмоткой, и с литой обмоткой.
Трансформаторы с открытой обмоткой имеют пропитку смолой по технологии вакуум-давление, и их изоляционное покрытие имеет толщину до 0,2 мм, гарантируя как высокий уровень изоляции, так и защиту от воздействий окружающей среды, а охлаждение катушек остается весьма эффективным.
Для эффективного охлаждения обмоток применяются специальные изоляционные профили и высокопрочные фарфоровые изоляторы, которые формируют горизонтальные и вертикальные каналы охлаждения, и благодаря конвекции здесь обеспечивается устойчивость к загрязнениям.
Монолитная конструкция заливается в глубоком вакууме, и во время работы такая эпоксидная литая изоляция не выделяет никаких продуктов, что позволяет свободно использовать трансформатор там, где требования к экологической и пожарной безопасности повышены, например, во встроенных подстанциях с агрессивными для эксплуатации электрооборудования условиями.
Изоляция проводов обеспечивает высокую электрическую прочность, а бандажные ленты гарантируют монолитность после пропитки лаком и запекания, обеспечивая и высокую механическую прочность. Эта технология позволяет длительно использовать оборудование в режимах циклических тепловых нагрузок без риска потери изоляцией своих электрических характеристик.
Специальные наполнители для изготовления литых обмоток обеспечивают улучшенные механические, противопожарные и теплопроводящие свойства, таким образом, сама технология дает конструкции жесткость. Применение литой обмотки позволяет получить трансформатор приемлемых габаритов для работы в сетях с высоким уровнем напряжения.
Однако здесь есть минусы: масса материала изоляции велика, и он обладает неоднородностями, поэтому существует вероятность частичных разрядов, также затруднено охлаждение высоковольтных обмоток. При перепадах температуры часто возникают механические напряжения в изоляции.
Сухие трансформаторы имеют ряд преимуществ перед масляными трансформаторами:
· не требуют затрат на обслуживание: нет необходимости чистить и менять масло.
· окупаемость капиталовложений: по сравнению с маслеными аналогами, увеличено сечение проводов и магнитопровода, соответственно происходит снижение электромагнитной нагрузки активных материалов, что с увеличением напряжения на обмотках, и при больших мощностях весьма сказывается экономически. Новые нагревостойкие негорючие материалы работают на увеличение полезных электромагнитных нагрузок и на снижение стоимости активных материалов.
· высокая безопасность: повышена рабочая температура за счет применения в качестве изоляционных материалов асбеста или стекловолокна;
· имеется защитный кожух;
· применимы в сухих помещениях с высокими требованиями к пожарной безопасности.
Заключение
Нельзя сделать однозначное заключение о том, какой из трансформаторов является более или менее энерго- и экономически эффективным. Современные технологии позволяют компенсировать недостатки как сухих, так и масляных трансформаторов. Поэтому можно сделать вывод о взаимодополнении сегментов трансформаторного рынка: заказчикам нужны и масляные, и сухие трансформаторы. Решение о необходимости использования того или иного трансформатора определяется с учетом индивидуальных потребностей заказчика и условий эксплуатации.