Transformatory z dielektrykiem ciekłym: jak działają?

Transformatory zanurzone w ciekłym dielektryku są uważane za najbardziej ekonomiczną, bezpieczną i zrównoważoną technologię dla sieci elektroenergetycznych

Transformatory są kluczowym elementem sieci elektroenergetycznej, który, w zależności od rodzaju, oferuje szereg korzyści w zakresie modyfikacji energii elektrycznej w możliwie najbardziej efektywny sposób. Jeśli niedawno dowiedzieliśmy się, jak działają te elementy, dzisiaj zagłębimy się w działanie i zalety jednej z najbardziej znanych alternatyw: transformatorów zanurzonych w ciekłym dielektryku, zwanych również transformatorami zanurzonymi. Badania techniczne wskazują, że ten typ transformatora jest najbardziej konkurencyjny, ale dlaczego? Najpierw przyjrzyjmy się pokrótce, jak to działa i jakie są jego główne cechy.

Główną cechą charakterystyczną tego urządzenia elektrycznego jest to, że znaczna część wewnętrznych elementów urządzenia jest całkowicie zanurzona w ciekłym dielektryku (w niektórych przypadkach może to być rodzaj oleju organicznego), który działa jako jeden z materiałów izolacyjnych, przenosząc energię w procesie indukcji elektromagnetycznej, w którym prąd elektryczny jest przekształcany zgodnie z potrzebami sieci. Tak więc ta ciecz ma trzy główne właściwości izolacyjne:

• Izolacja elektryczna: Ciekły dielektryk wbudowany w elementy transformatora ma właściwości dielektryczne o wysokiej sztywności, które pomagają zapobiegać zwarciom, działając jako separator między uzwojeniami (obwodem przewodu elektrycznego) a rdzeniem transformatora. Ponadto, ponieważ nie zawiera żrącej siarki ani kwasów nieorganicznych, zapobiega się zużyciu przewodów i metalowych elementów części.
• Izolacja termiczna: Inną jej funkcją izolacyjną jest działanie jako czynnik chłodzący w celu rozproszenia ciepła wytwarzanego podczas pracy, co zmniejsza ryzyko przegrzania tego elementu. Dzieje się tak dzięki niskiej lepkości, która umożliwia prawidłowe odprowadzanie ciepła na zewnątrz.
• Izolacja środowiskowa: Ponadto, ciekły dielektryk działa jako doskonały sprzymierzeniec w zwiększaniu żywotności transformatora, a tym samym sprawności sieci elektrycznej, chroniąc jego cewki przed czynnikami środowiskowymi, takimi jak wilgoć i kurz; a jego odporność na emulsje z wodą zapobiega utlenianiu i ułatwia tworzenie się osadów wewnętrznych. Ponadto olej wyróżnia się jako sprzymierzeniec w zapobieganiu skutkom zimna na sieć elektryczną, a ten rodzaj cieczy izolacyjnej ma niską temperaturę krzepnięcia.

Wśród różnych rodzajów dielektryków ciekłych wyróżnia się związki pochodzenia silikonowego, mineralnego, estrowego lub roślinnego; ich skład różni się w zależności od wymagań technicznych instalacji na kilka sposobów. Dlatego też, ze względu na różnorodność stosowanych w nich cieczy izolacyjnych, często nazywa się je transformatorami zanurzonymi.

Główne zalety transformatorów zanurzeniowych

No cóż, skoro już wiemy, co wyróżnia ten typ transformatorów, przeanalizujmy, jakie są ich główne zalety – niektóre już poznaliśmy – zgodnie z najbardziej istotnymi kryteriami przy wyborze jednej lub drugiej technologii do obsługi sieci.

Transformatory z ciekłym dielektrykiem i kryteria bezpieczeństwa

Jednym z najistotniejszych kryteriów z punktu widzenia eksploatacji sieci elektroenergetycznej jest bezpieczeństwo, zarówno z punktu widzenia samej sieci, jak i osób, które z nią pracują. Energia elektryczna jest bowiem codziennym elementem naszego życia, wymagającym podjęcia bardzo istotnych środków bezpieczeństwa. W tym sensie transformatory zanurzone w ciekłym dielektryku okazały się najlepszym możliwym rozwiązaniem w obu znaczeniach, jak widać na poniższej grafice informacyjnej.

Faktem jest, że transformatory olejowe lepiej działają przy wysokich obciążeniach elektrycznych, co pozwala im reagować pomimo przepięć mogących występować w sieci. Co więcej, ze względu na rodzaj izolacji, charakteryzują się one większą odpornością na przegrzanie typowe dla sytuacji narażonych na naprężenia termiczne; coś, co przekłada się również na większą trwałość, lepiej wytrzymując przeciążenia i przepięcia.

Transformatory z ciekłym dielektrykiem oraz koszty instalacji i konserwacji

Równie ważny jak poprzedni punkt jest koszt, jaki instalacja i konserwacja krytycznego elementu sieci, takiego jak transformator, pociąga za sobą dla operatorów i użytkowników sieci. W tym sensie transformatory zanurzone w ciekłym dielektryku są wyraźnie bardziej konkurencyjne w porównaniu ze swoimi suchymi odpowiednikami. Nie bez powodu fakt, że nie wymagają obudowy ochronnej, znacznie obniża ich koszt od samego początku; Jest to coś, co można ekstrapolować na fakt, że nie wymagają one żadnych akcesoriów chłodzących — ze względu na właściwości termiczne oleju — dzięki czemu osiągają lepsze chłodzenie i odprowadzanie ciepła przy niższych kosztach.

Z drugiej strony, ten typ transformatora jest niezwykle łatwy w montażu i konserwacji w warunkach zewnętrznych i nie wymaga dodatkowych obudów chroniących go przed czynnikami atmosferycznymi. Przekłada się to również na dłuższą żywotność podczas wymiany płynu dielektrycznego (w modelach dużej mocy) i mniejsze wymagania konserwacyjne ze względu na niski wskaźnik utraty izolacji podczas eksploatacji.

Ze wszystkich tych powodów TCO – całkowity koszt posiadania – transformatora z izolacją dielektryczną w stanie ciekłym jest znacznie niższy niż jego suchych odpowiedników, które są droższe i bardziej kosztowne w utrzymaniu.

Transformatory z ciekłym dielektrykiem i kryteria zrównoważonego rozwoju

Jeśli jednak mówimy o istotnych kryteriach, to kryteria zrównoważonego rozwoju, czyli kryteria środowiskowe, okazują się jednymi z najważniejszych. Elektryfikacja naszej gospodarki musi opierać się na zrównoważonych i wydajnych sieciach elektrycznych, do czego przyczynia się typologia konstrukcji transformatorów.

W związku z tym obserwujemy, że transformatory zanurzone mają mniejszy wpływ akustyczny podczas użytkowania dzięki niższemu poziomowi indukcji wymaganej przez olej, co w mniejszym stopniu wpływa na życie wokół nich. Podobnie, w związku z gwałtownymi zjawiskami pogodowymi wywoływanymi przez zmiany klimatu, tego typu transformatory są mniej wrażliwe na środowisko, co znacznie zmniejsza ryzyko oddziaływania powodzi lub burz. To właśnie czyni je szczególnie konkurencyjnymi na obszarach o wysokim ryzyku powodzi.

Jeśli przeanalizujemy cykl życia produktu, co pozwoli nam stwierdzić, czy rozwiązanie technologiczne będzie nam towarzyszyć w sposób zrównoważony, transformatory zanurzone mają LCA (analizę cyklu życia) z niższym wpływem w głównej kategorii Potencjał globalnego ocieplenia (ślad węglowy). Ponadto charakteryzują się one wyższą sprawnością w fazie użytkowania, która stanowi główny wpływ LCA (90%), oraz wyższymi rekordami obciążenia niż te wskazane przez sam wskaźnik, co przekłada się na jeszcze lepszą wydajność z punktu widzenia efektywności energetycznej.

Dlatego transformatory zanurzone stały się najpopularniejszym rozwiązaniem w sieciach elektroenergetycznych. Czy chcesz dowiedzieć się więcej o technicznych zaletach tego rodzaju izolacji? Skontaktuj się z nami, abyśmy mogli pomóc Ci w Twoim projekcie: