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El transformador de resina fundida de 1600 kVA es un transformador de tipo seco que utiliza resina epoxi como material de fundición.
Al mismo tiempo, también es el principal transformador de tipo seco en el mercado internacional.
El transformador de 1600 kva tiene las ventajas de una alta rigidez dieléctrica, una fuerte resistencia a los cortocircuitos y una excelente prevención de desastres y absorción de energía.
Este artículo le dará una introducción detallada a este transformador.
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¿Qué es un transformador de resina fundida de 1600 kVA?El tipo seco de fundición de resina epoxi de 1600 kVA se refiere al transformador de tipo seco de fundición de resina epoxi (denominado cambio seco) con alto voltaje de 10 kV, bajo voltaje de 0,4 kV y capacidad de 1600 kVA.
El transformador de resina fundida de 1600 kVA es un producto estandarizado común que suministra energía directamente a la red de distribución. El transformador es un producto que se produce en masa y tiene una amplia gama de aplicaciones.
El devanado del lado primario (es decir, el devanado de alto voltaje) del transformador de resina fundida tradicional de 1600 kVA generalmente adopta una estructura cilíndrica de una sola capa, y el devanado del lado secundario (es decir, el devanado de bajo voltaje) adopta una estructura de devanado de lámina.
La estructura cilíndrica de una sola capa es un devanado de estructura de espiral simple que cancela el canal de aire de amplitud y está enrollado en espiral por un cable plano.
Aunque este tipo de bobinado tiene una estructura simple y es fácil de enrollar, cuando se vierte resina epoxi, es muy fácil bloquear la resina debido a la estructura de los extremos superior e inferior de los alambres.
El devanado de alto voltaje optimizado adopta una estructura cilíndrica segmentada de doble capa.
Esta estructura tiene un buen proceso de bobinado y una fuerte resistencia a los cortocircuitos, pero requiere estratificación y segmentación razonables para garantizar que el voltaje entre capas, el voltaje entre segmentos, el voltaje de giro y el aislamiento coincidan.
La estructura cilíndrica segmentada de doble capa está hecha de alambres redondos o alambres planos enrollados en espiral en varias capas, y los materiales aislantes y los conductos de aire se colocan entre las vueltas de cada capa.
Como un producto estandarizado común, el transformador de resina colada de 1600 kVA tiene requisitos cada vez más altos para su alto costo de rendimiento.
Por lo tanto, sobre la base del reemplazo del equipo de producción y la innovación continua de los métodos de proceso, es muy necesario que los fabricantes de transformadores reduzcan los costos y aumenten la eficiencia de los diseños de productos anteriores.
La resina epoxi es una materia prima química con buenas propiedades ignífugas y aislantes, por lo que se utiliza gradualmente en productos eléctricos.
Desde que AEG desarrolló el primer cambiador seco de fundición de epoxi, la tecnología de fundición de epoxi ha seguido innovando y sigue floreciendo y dando frutos en todo el mundo. Debido a que la tecnología de fundición epoxi de mi país se aprende principalmente de Alemania, la gran mayoría de la producción de mi país son transformadores de tipo seco de fundición de resina epoxi.
Al mismo tiempo, debido a que la resina epoxi tiene buenas propiedades aislantes, no se deforma fácilmente después del moldeo y, al mismo tiempo, puede mantener sus propias características en ambientes húmedos y polvorientos, por lo que es muy adecuado como material de fundición para transformadores tipo seco.
La mayoría de los grados de aislamiento del cambio en seco de fundición de resina epoxi en la etapa inicial son grados B. En la actualidad, los grados de aislamiento de los productos domésticos son en su mayoría grados F y también pueden alcanzar grados H según requisitos especiales.
35kV (los productos individuales han alcanzado 66/77kV) es el nivel de voltaje más alto del cambio en seco de fundición de resina epoxi, 20MVA es su capacidad máxima y su nivel de impulso de referencia (BIL) no supera los 250kV.
(1) Alta rigidez dieléctrica: Tiene una fuerza de impulso tipo rayo similar a la del transformador sumergido en aceite del mismo nivel de voltaje y tiene una fuerza de campo de ruptura dieléctrica de 18~22k V/mm.
(2) Fuerte resistencia a los cortocircuitos: la prueba de cortocircuito repentino confirma que el transformador seco fundido rara vez se daña debido a un cortocircuito. Al mismo tiempo, la bobina del transformador de resina fundida de 1600 kVA se convierte en un cuerpo rígido después de la fundición integral, el calentamiento y el curado, por lo que la resistencia mecánica es alta.
(3) Desempeño sobresaliente en la prevención de desastres: la resina epoxi tiene propiedades ignífugas y ignífugas, incluso si se quema accidentalmente, puede extinguirse por sí misma, lo que puede prevenir desastres secundarios.
(4) Se puede usar en entornos hostiles: la resina epoxi tiene un rendimiento estable y puede mantener su propio rendimiento en condiciones adversas como la humedad, el polvo y la contaminación atmosférica, y no será anormal incluso en entornos de humedad extrema. En el caso de un reinicio en seco, también puede comenzar a funcionar nuevamente sin procesamiento adicional. Una de las ventajas más destacadas del cambio en seco de fundición con epoxi es que puede funcionar en condiciones ambientales adversas.
(5)Baja carga de trabajo de mantenimiento: el mantenimiento diario del transformador seco de fundición de epoxi equipado con un sistema completo de control de temperatura y visualización de humedad es muy bajo, por lo que puede reducir en gran medida los costos de operación y mantenimiento.
(6)Alta eficiencia operativa y baja pérdida.
(7) bajo nivel de ruido.
(8) Fácil de instalar, fácil de depurar, liviano y de tamaño pequeño.
(9) Ahorre espacio en el piso, sin necesidad de una sala de transformadores separada y sin necesidad de mantenimiento del núcleo colgante. En el proceso de producción de cambio en seco de fundición de resina epoxi, debe pasar por el proceso de moldeo, vertido, curado, etc.
En la etapa inicial de desarrollo, la mayoría de los devanados fundidos de los transformadores secos fundidos con epoxi utilizaban un aislamiento grueso. El aislamiento grueso es usar resina epoxi añadida con polvo de cuarzo. El grosor de la capa de aislamiento es generalmente de 6 a 15 mm, y la mayoría de ellos son aislamientos de clase B.
La estructura cilíndrica segmentada se usa generalmente para hacer el devanado del lado primario de bobinado de alambre, el aislamiento de la capa intermedia está hecho de cinta libre de álcali y el aislamiento final está hecho de tablero de tela de vidrio.
Después de eso, las bobinas enrolladas se procesan mediante moldeo, vertido, curado y similares. Sin embargo, debido a que las condiciones de calentamiento de la resina epoxi y el alambre serán diferentes, es fácil causar grietas en la capa de aislamiento del anillo después de calentar la operación en seco, y el pequeño espacio de aire formado por esto es muy fácil de causar una descarga parcial.
La corrosión eléctrica causada por esta descarga parcial también acortará en gran medida la vida útil del transformador de resina fundida de 1600 kVA y amenazará seriamente su confiabilidad operativa.
Por lo tanto, bajo el trasfondo de la mejora continua y la innovación de productos, las estructuras aislantes delgadas se han convertido gradualmente en la corriente principal de los productos.
Los transformadores de resina fundida de 1600 kVA se pueden dividir en los siguientes tipos según el tipo de devanado:
(1) Las bobinas de alto y bajo voltaje adoptan una estructura cilíndrica de alambre enrollado. Esta estructura se utiliza generalmente en transformadores secos de fundición de gran capacidad. La bobina de alto voltaje generalmente adopta una estructura cilíndrica segmentada, y la bobina de bajo voltaje adopta una estructura cilíndrica multicapa.
(2) La bobina de alto voltaje adopta una estructura cilíndrica de alambre enrollado, mientras que la bobina de bajo voltaje adopta una estructura tipo lámina. La estructura de lámina es ampliamente utilizada en transformadores de distribución de tipo seco.
La bobina de la estructura de lámina de bajo voltaje no necesita el proceso de moldeo, vertido, curado, etc. Durante el proceso de enrollado, se debe enrollar una capa de material aislante entre las capas y, después del enrollado, solo se calienta y solidificado.
La bobina de lámina tiene una alta eficiencia de producción y una buena capacidad de fabricación, y también puede reducir la fuga de flujo magnético lateral, reducir la fuerza electromotriz axial, mejorar la resistencia a los cortocircuitos y reducir las pérdidas adicionales.
(3) Los devanados de alto y bajo voltaje adoptan una estructura de lámina. La capacidad de esta estructura generalmente no supera los 2500k VA, y el máximo no supera los 4000k VA.
La bobina de alto voltaje adopta una estructura de lámina cilíndrica segmentada, y la bobina de bajo voltaje adopta una estructura de lámina ordinaria. La bobina de lámina cilíndrica segmentada es muy difícil de fabricar, y su equipo de fabricación y materiales de producción deben cumplir con ciertos estándares, de lo contrario, puede afectar la calidad del producto.
(4) Estructura de bobinado. Este tipo de producto es la serie “Thor” producida por ABB en la década de 1970. , La película interna de la bobina de alto voltaje de esta estructura es un cilindro de tela de vidrio epoxi, que se enrolla en una máquina bobinadora, y el bobinado de bajo voltaje es una estructura de lámina ordinaria. Este transformador de resina colada de 1600 kVA tiene un gran volumen, un tiempo de fabricación elevado y una fiabilidad operativa baja, por lo que su cuota de mercado es muy baja.
Sin embargo, con la cantidad de nuevos transformadores de resina fundida de 1600 kVA que se ponen en uso cada año, la tasa de fallas de los transformadores de tipo seco también ha aumentado.
La mayoría de las fallas están relacionadas con la temperatura, la vibración y la deformación, y se discute la investigación sobre campos electromagnéticos y pérdidas. La base de varios factores eléctricos, magnéticos y térmicos y su interacción en transformadores.
La existencia del campo magnético de fuga produce un efecto de pérdida en el transformador, que se manifiesta principalmente en: la pérdida de corriente del potenciómetro en el conductor del devanado. Debido a la existencia de la corriente del potenciómetro, la distribución de la densidad de corriente a lo largo de la sección transversal del cable no es uniforme, lo que genera un efecto de compresión;
Debido a la distribución desigual del campo magnético de fuga, la fuerza electromotriz inducida en el conductor del devanado perpendicular a la dirección del campo magnético de fuga es diferente, lo que resulta en una pérdida de corriente circulante dentro del conductor;
El campo magnético de fuga también provoca pérdidas por dispersión en las partes estructurales metálicas del transformador.
Debido a la pérdida desigual de corriente turbulenta generada por el campo magnético de fuga en las partes estructurales metálicas dentro de un cierto rango, se producirá un sobrecalentamiento local de estas partes estructurales.
La energía térmica del transformador de resina fundida de 1600 kVA se deteriora, lo que eventualmente provoca el envejecimiento térmico y la descomposición del material aislante.
Además, cuando el sistema de alimentación se cortocircuita, el campo magnético de fuga generado por la corriente transitoria de cortocircuito también generará cierta fuerza mecánica, lo que representa una amenaza fatal para su aislamiento y estructura mecánica.
Esta es una de las principales razones por las que el transformador de resina fundida de 1600 kVA no puede funcionar de manera segura y confiable.
El análisis de la distribución del campo magnético de fuga del transformador es la base para estudiar la pérdida de corriente del transformador, el cortocircuito repentino con aumento de temperatura y los parámetros electromagnéticos:
La distribución del campo magnético obtenida puede proporcionar una base teórica para que los inspectores midan los valores electromagnéticos, lo que es beneficioso para reducir las fallas de los transformadores de resina fundida de 1600 kVA.
La lámina de acero al silicio se fabrica agregando una pequeña cantidad de silicio durante el proceso de fundición del acero, lo que puede mejorar la permeabilidad magnética, la resistividad, reducir la fuga de flujo magnético y la pérdida por corrientes de Foucault.
En la actualidad, la mayoría de los núcleos de los transformadores están hechos de láminas de acero al silicio. Todos los transformadores secos de la serie SCB10-1600/10 adoptan un apilamiento de cinco pasos, similar a los núcleos circulares de hierro con una estructura de eliminación de virutas de tipo apilamiento escalonado.
Debido a que se determina el nivel de voltaje del devanado, cuando se determina el tamaño del núcleo, el potencial por vuelta del devanado se determina principalmente por la densidad de flujo magnético.
El voltaje de impedancia generalmente está relacionado con la densidad de flujo magnético, y el voltaje de impedancia es generalmente proporcional al cuadrado del número de vueltas del devanado, y el número de vueltas del devanado es generalmente inversamente proporcional a la densidad de flujo magnético.
Por lo tanto, al determinar la densidad de flujo magnético del núcleo de hierro, es necesario considerar si la tensión de impedancia, la pérdida sin carga y la corriente sin carga cumplen con los requisitos de diseño.
El devanado es una de las características más importantes que distinguen a los transformadores de tipo seco de 1600 kva de otras formas de transformadores, y también es su parte más importante. Los devanados de los transformadores de fundición de resina epoxi se componen principalmente de cables y estructuras aislantes.
Entre ellos, el papel del cable es completar la transmisión y conversión de energía eléctrica.
El devanado primario lleva la energía eléctrica al transformador y la energía eléctrica se transfiere al devanado secundario a través del acoplamiento electromagnético del núcleo del transformador.
El devanado secundario luego transfiere la potencia a la siguiente etapa.
La estructura aislante básica del transformador de tipo seco de 1600 kva es resina epoxi empapada en el devanado, que actúa para aislar y proteger el devanado de daños por fuerza electromagnética y golpes físicos. La bobina de alto voltaje adopta un devanado cilíndrico segmentado de doble capa sin conducto de aire, y la bobina de bajo voltaje adopta un devanado de lámina.
Bobina de alto voltaje: la estructura del devanado cilíndrico segmentado de doble capa es similar al devanado cilíndrico segmentado de una sola capa, en el que se coloca un conducto de aire entre las dos envolturas.
El devanado cilíndrico segmentado debe garantizar que la racionalidad segmentaria del devanado y el voltaje entre segmentos, el voltaje entre capas y el voltaje entre vueltas cumplan con los requisitos. Al mismo tiempo, también requiere un buen rendimiento de vertido y capacidad de disipación de calor en el diseño. Devanado cilíndrico segmentado de doble capa.
La estructura del devanado en capas del transformador fundido y el transformador sumergido en aceite es básicamente la misma, y la diferencia se concentra principalmente en el proceso de producción.
Si se usa un devanado cilíndrico multicapa y se fija el número de capas, el aumento en el número de vueltas en cada capa conducirá a un aumento en el voltaje entre capas, lo que conducirá a un aumento en el espesor del aislamiento entre capas. y un aumento en el ancho de la bobina. Para mejorar esta situación, en este diseño se utilizan devanados cilíndricos segmentados.
El devanado cilíndrico segmentado debe garantizar que la racionalidad segmentaria del devanado y el voltaje entre segmentos, el voltaje entre capas y el voltaje entre vueltas cumplan con los requisitos.
Al mismo tiempo, también requiere un buen rendimiento de vertido y capacidad de disipación de calor en el diseño.
Las bobinas de baja tensión utilizan devanados de lámina, que están enrollados mediante láminas de láminas de cobre anchas y delgadas.
También se puede decir que el devanado de lámina es un devanado cilíndrico multicapa dentro del devanado de capas, que se caracteriza por una vuelta por capa, y el aislamiento entre capas también es aislamiento de vueltas.
Al enrollar, el aislamiento del extremo y el aislamiento de la capa intermedia se enrollan al mismo tiempo.
Al mismo tiempo, los terminales de salida primero y último del devanado se sueldan respectivamente al primer y último extremo de la hoja de cobre.
En comparación con la bobina de bajo voltaje enrollada con varios cables, la bobina de aluminio se caracteriza por una gran utilización del espacio, alta productividad, giros axiales uniformes, giros de amperios balanceados y una fuerte capacidad de impedancia anti-explosión.
For low-voltage windings of 500k VA and below, we usually use cylindrical wire-wound structures, usually copper flat wires, with an insulation thickness of 0.3mm and a width-to-thickness ratio between 2.5 and 7. For conventional dry transformers above 500k VA, We usually use a foil structure because of its high production efficiency and strong resistance to short circuits.
For high-voltage coils, we usually use a segmented multi-layer cylindrical wire-wound structure. High-voltage windings of 1000k VA and below use acetal enameled round copper wire, 1250k VA~1600k VA use acetal enameled copper wire, and the width-thickness ratio of enameled flat wire is 2.5~6; the electric density of wire wound wire is between 2.5~3.5A/mm2 between.
Si es necesario reducir el costo al reducir el diámetro del núcleo al aumentar el número de vueltas de bobinado, para mantener la impedancia sin cambios, es necesario hacer que todo el transformador de resina colada de 1600 kVA sea más “delgado y alto”.
Para los transformadores con devanados de cobre, generalmente reducimos los costos al hacer que el transformador sea más “grueso” porque el cobre es más costoso que las láminas de acero al silicio.
Para transformadores con devanados de aluminio, generalmente usamos el método de hacer que el transformador sea más “delgado y alto” para reducir costos, porque el aluminio es relativamente barato.
Las características sin carga del transformador de resina fundida de 1600 kVA son uno de sus principales parámetros de rendimiento, incluidas la corriente sin carga y la pérdida sin carga, que están determinadas principalmente por la estructura del núcleo del transformador, el grado de la lámina de acero al silicio y la densidad de flujo magnético.
La corriente sin carga del transformador de resina fundida de 1600 kVA genera un potencial magnético NI0 y un flujo magnético en el núcleo de hierro, y el flujo magnético pasa a través del núcleo de hierro, por lo que habrá algunas pérdidas en la lámina de acero al silicio con núcleo de hierro, que es decir, pérdida sin carga.
Por lo tanto, también se puede considerar que la pérdida sin carga es la pérdida generada por el núcleo de hierro, que se compone principalmente de pérdida por histéresis y pérdida por corrientes de Foucault.
La pérdida sin carga no tiene nada que ver con la carga, solo la densidad magnética del núcleo y la estructura de aislamiento relacionada.
Por lo tanto, si considera reducir las pérdidas sin carga, debe comenzar por reducir la densidad magnética del núcleo y ajustar la estructura del aislamiento.
La pérdida de carga del transformador se compone principalmente de la pérdida de resistencia del conductor en las bobinas de alta y baja tensión, la pérdida adicional, la pérdida de plomo y la pérdida por dispersión causada por la placa de tracción y el clip.
El material principal del núcleo del transformador es una lámina de acero al silicio, que es uno de los principales materiales del transformador.
El material principal de los devanados de alta y baja tensión del transformador es el alambre de cobre.
En la serie de productos estudiados en este documento se utilizan principalmente tres tipos de alambres de cobre, a saber, alambre plano de cobre esmaltado, alambre redondo de cobre esmaltado y lámina de cobre. Dado que este diseño solo utiliza alambre de cobre plano esmaltado y lámina de cobre, el método de cálculo del alambre de cobre plano esmaltado y lámina de cobre se indica a continuación.
La tensión de fase/línea y la corriente de fase/línea son los parámetros básicos en el cálculo electromagnético del transformador, y también son la base para el cálculo de otros parámetros. La corriente de fase y el voltaje de fase en los lados de alto y bajo voltaje afectan directamente el rendimiento del transformador, así como el proceso de diseño general del transformador.
Porque en conexión delta, corriente de fase = corriente de línea, por lo que Ua = Uh = 10000V
El número de vueltas de la bobina afecta la densidad de flujo magnético del núcleo de hierro y, al mismo tiempo, la densidad de flujo magnético del núcleo de hierro determina el nivel de pérdida del núcleo de hierro.
Por lo tanto, bajo la premisa de cumplir con los requisitos de densidad magnética del transformador, el cambio del número de vueltas de la bobina también provocará el cambio del diámetro del núcleo y la pérdida sin carga.
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