Quando si usa l'elettricità, è necessario cambiare la tensione da un livello all' altro. I trasformatori a secco (aka raffreddati ad aria) svolgono questa funzione in modo così sicuro ed efficiente da essere ampiamente utilizzati per installazioni interne in edifici pubblici e residenziali dove altri tipi di questi dispositivi sono considerati troppo rischiosi.
Tipi di trasformatori: liquidi e secchi
Fondamentalmente, ci sono due diversi tipi di tale dispositivo: liquido isolato e raffreddato (tipo liquido) e raffreddato ad aria o miscela aria-gas (tipo a secco).
Per i trasformatori del primo tipo, il mezzo di raffreddamento può essere un normale olio minerale. Vengono utilizzate anche altre sostanze, come idrocarburi ignifughi e fluidi siliconici. Tali trasformatori hanno un nucleo e avvolgimenti immersi in un serbatoio di liquido, che funge sia da isolante che da refrigerante.
Il power dry più comunei trasformatori hanno avvolgimenti riempiti con resina epossidica, che funge da isolante. Protegge i conduttori dalla polvere e dalla corrosione atmosferica. Tuttavia, poiché gli stampi per colata a spirale vengono utilizzati solo con dimensioni fisse, c'è meno spazio per modifiche nella progettazione di tali dispositivi. Nella gamma comunemente utilizzata nell'alimentazione di piccole imprese industriali, nonché negli edifici pubblici e residenziali, i trasformatori a secco duplicano completamente la gamma di capacità delle loro controparti liquide.
Parametri principali
Il momento più cruciale nel funzionamento dei dispositivi in questione è quello di garantire il regime di temperatura degli avvolgimenti. Per facilitare la scelta o l'acquisto di un apparato di tipo a secco per l'alimentazione di vari oggetti, prenderemo in considerazione diversi parametri operativi di base:
- Potenza, kVA.
- Tensione primaria e secondaria nominale.
- La dissipazione di calore di un sistema di isolamento è la somma della temperatura ambiente massima + l'aumento medio della temperatura negli avvolgimenti + la differenza tra l'aumento della temperatura media negli avvolgimenti e la temperatura massima in essi.
- Nucleo e bobine: possibili danni al nucleo o accumulo di delaminazioni (conduttori in rame o alluminio) sono di particolare interesse.
Ci sono vari tipi strutturali di trasformatori, determinati principalmente dai metodi utilizzati per isolare i loro avvolgimenti. Tra questi sono noti: impregnazione sottovuoto, incapsulamento e bobina fusa. Consideriamo ciascuno di essi separatamente.
Isolamento per impregnazione sottovuoto (VPI)
Questa tecnologia crea una finitura laccata sui conduttori alternando cicli di pressione e vuoto. Il processo VPI utilizza resine poliestere. Fornisce ai conduttori una migliore finitura laccata rispetto all'immersione convenzionale. Le bobine ricoperte con esso vengono quindi poste in un forno dove avviene la cottura. Sono molto più resistenti alle scariche corona. Che aspetto ha un trasformatore del genere? La sua foto è pubblicata di seguito.
Incapsulamento sottovuoto (VPE)
Questo metodo di solito supera il processo VPI. Durante il processo di produzione vengono aggiunti diversi bagni per incapsulare la bobina, dopodiché il loro rivestimento viene cotto in un forno. Questi trasformatori offrono una migliore protezione contro ambienti aggressivi e umidi rispetto ai loro omologhi VPI. Che aspetto ha un trasformatore del genere? La sua foto è presentata di seguito.
Incapsulamento (sigillatura)
I trasformatori incapsulati sono dispositivi convenzionali con avvolgimenti rivestiti con composti di silicio o resina epossidica e completamente racchiusi in un involucro pesante. Il processo di fabbricazione riempie gli avvolgimenti con una resina epossidica densa ad alta rigidità dielettrica, proteggendo il trasformatore da tutti gli ambienti.
Bobine fuse (in resina epossidica densificata stampata)
Questi dispositivi contengono bobine che vengono incapsulate in resina epossidica durante il processo di stampaggio. Sono completamente riempiti di resina sotto l'azione divuoto.
Ogni metodo di isolamento degli avvolgimenti è particolarmente adatto per ambienti specifici. È molto importante capire dove è meglio utilizzare i tipi di dispositivi appropriati. Ad esempio, i trasformatori in resina fusa a secco costano circa il 50% in più rispetto ai prodotti VPE o VPI. Pertanto, la scelta di un tipo specifico di dispositivo può influire in modo significativo sul costo complessivo del progetto.
Raccomandazioni per la selezione
Laddove è richiesta una maggiore resistenza alle scariche corona (cioè scariche elettriche causate da un'intensità di campo superiore alla rigidità dielettrica dell'isolamento), quando non è richiesta una maggiore resistenza meccanica degli avvolgimenti, è necessario utilizzare un trasformatore di tipo VPI.
Usali con bobine fuse quando è richiesta una maggiore resistenza e protezione, ad esempio in ambienti difficili come impianti di processo chimico, fabbriche di materiali da costruzione e installazioni all'aperto. Gli ambienti aggressivi includono sostanze che possono influire negativamente sugli avvolgimenti di altri trasformatori di tipo a secco, inclusi sali, polvere, gas corrosivi, umidità e particelle metalliche.
Inoltre, gli avvolgimenti in resina fusa hanno una migliore capacità di resistere a sovraccarichi a breve termine e ripetuti comuni in molti processi produttivi.
Un ingegnere deve spesso scegliere tra resina colata o tipo VPI/VPE per applicazioni critiche e ambienti difficili. Il primo tipo è generalmente considerato il migliore. Alcuni produttorisi segnala tuttavia che l'isolamento in resina fusa limita la vita del trasformatore. Il coefficiente di dilatazione termica della resina epossidica è inferiore a quello dei conduttori in rame. L'espansione e la contrazione cicliche quando le bobine si riscaldano e si raffreddano possono eventualmente causare la rottura della resina. Si noti inoltre che il trasformatore di tipo VPI può far fronte meglio a tali processi e quindi durare più a lungo. Alla fine, la scelta finale spetta all'ingegnere elettrico.
Liquido contro secco
I trasformatori a riempimento di liquido tendono ad essere più efficienti di quelli a riempimento a secco, quindi hanno una vita utile più lunga. Inoltre, il liquido è un mezzo più efficiente per il raffreddamento di aree locali ad alta temperatura negli avvolgimenti. Inoltre, i dispositivi riempiti di liquido hanno una migliore capacità di sovraccarico.
Quindi, un trasformatore a secco da 1000 KVA a mezzo carico ha un livello di perdita di circa 8 kW e a pieno carico di circa 16 kW. Allo stesso tempo, lo stesso “mille”, ma liquido, ha circa la metà dei rifiuti. L'olio "duemila" a mezzo carico subisce perdite di 8 kW e a pieno carico - 16 kW. La sua controparte secca è caratterizzata da costi rispettivamente di 13 e 26,5 kW. Ciò significa che sono i trasformatori di tipo a secco a trattenere il dubbio piombo in termini di perdite. Allo stesso tempo, il loro prezzo è superiore a quello di quelli liquidi.
A causa del raffreddamento più intenso degli avvolgimenti, i dispositivi a liquido hanno dimensioni (profondità e larghezza) inferiori rispetto ai dispositivi a secco della stessa potenza. Esso puòinfluenzare l'area richiesta delle sottostazioni di trasformazione (soprattutto quelle integrate) e quindi il costo dell'intera struttura. Quindi, un tipico trasformatore a secco da 1000 KVA ha una profondità di 1,6 m e una larghezza di 2,44 m Allo stesso tempo, un trasformatore di olio simile a una profondità ravvicinata ha una larghezza di circa 1,5 m, ma questo tipo, tuttavia, presenta una serie di svantaggi.
Ad esempio, la protezione antincendio è più importante per i trasformatori di liquido quando si utilizza un refrigerante infiammabile. Vero, anche i trasformatori a secco possono prendere fuoco. Un dispositivo di tipo liquido utilizzato in modo improprio potrebbe persino esplodere.
A seconda delle condizioni operative, i prodotti riempiti di liquido potrebbero richiedere una vaschetta raccogligocce per raccogliere eventuali perdite di refrigerante.
Forse quando si scelgono i trasformatori, il passaggio da una chiara preferenza per il tipo a secco al tipo a liquido è compreso tra 500 kVA e 2,5 MVA, con il primo tipo preferibilmente utilizzato al limite inferiore della gamma e il secondo sopra di esso.
Un fattore importante nella scelta del tipo è il luogo di installazione del trasformatore, ad esempio all'interno di un edificio per uffici o all'esterno, nonché per la manutenzione di carichi industriali.
Sono prontamente disponibili trasformatori di tipo a secco superiori a 5MVA, ma molti sono riempiti di liquido. Per l'installazione all'esterno, questo tipo è anche predominante.
Qualche parola sulla ventilazione
Quando il trasformatore è dotato di una ventola, il carico può essere notevolmente aumentato. Quindi, per avvolgimenti fusiquesta funzione può aumentare la capacità di carico continuo fino al 50% al di sopra del carico nominale. Per i tipi VPE o VPI, l'aumento di potenza in questo caso può arrivare fino al 33%.
Ad esempio, la potenza di un trasformatore avvolto standard da 3000 kVA, se dotato di un ventilatore, aumenta a 4500 kVA (del 50%). Allo stesso tempo, un tipo VPE o VPI da 2500 kVA con una ventola lo aumenterà a 3,333 kVA (del 33%).
Tuttavia, bisogna sempre considerare che la presenza di un ventilatore riduce l'affidabilità complessiva del sistema. Se la ventola si guasta durante il funzionamento con soffiaggio sotto un carico superiore a quello nominale, c'è il rischio reale di un grave incidente, a causa del quale si può perdere l'intero trasformatore.
E il mercato russo?
Vale la pena notare che negli ultimi anni in Russia c'è stata una costante tendenza a ripetere l'esperienza dell'Europa, dove fino al 90% di tutti i trasformatori di nuova installazione sono di tipo a secco. Il mercato reagisce di conseguenza. Oggi nella Federazione Russa ci sono offerte di tali dispositivi da due gruppi di produttori. Il primo include marchi russi, italiani, cinesi e coreani. Fondamentalmente, vengono offerti analoghi costruttivi di noti marchi russi: TSZ, TSL, TSGL. Quanto costa un trasformatore a secco del genere? Il prezzo di un tipico "mille" varia da 900 mila a 1 milione di rubli.
Il secondo gruppo comprende produttori tedeschi e francesi. Offrono gradi delle serie DTTH, GDNN, GDHN. Quanto costerà un tale trasformatore importato? Il prezzo dello stesso "mille" sarà compreso tra 1,5 e 2 milioni di rubli.
