Cos'è un trasformatore di distribuzione completamente sigillato

Nelle moderne reti di distribuzione, sia nelle aree residenziali, nei centri commerciali o nei parchi industriali, è possibile vedere un tipo di apparecchiature elettriche di forma rotonda e senza il tradizionale "grande cuscino d'olio": trasformatori di distribuzione completamente sigillati. Con la sua struttura sigillata unica e le sue caratteristiche di assenza di manutenzione, sta gradualmente sostituendo il tradizionale trasformatore aperto in bagno d'olio e diventando la scelta principale per gli aggiornamenti della rete elettrica urbana e rurale.

I. Cos'è un trasformatore di distribuzione completamente sigillato?

Un trasformatore di distribuzione completamente sigillato è un trasformatore di potenza immerso in olio con un serbatoio dell'olio completamente saldato e sigillato. La più grande differenza estetica rispetto ai trasformatori tradizionali è l'eliminazione del conservatore dell'olio (cuscino dell'olio) e dell'assorbitore di umidità (respiratore). Il coperchio e il bordo della scatola adottano solitamente una struttura saldata o sigillata in modo permanente per isolare completamente l'olio interno del trasformatore dall'atmosfera dell'ambiente esterno.

Compensa automaticamente l'espansione e la contrazione del volume dell'olio causate da variazioni di carico e aumenti e diminuzioni di temperatura attraverso l'espansione e la contrazione elastica della parete ondulata del serbatoio dell'olio o del radiatore di espansione, bloccando così completamente l'intrusione di aria e umidità mantenendo una pressione interna stabile.

II. Principi tecnici fondamentali

1. Struttura di tenuta

• Guarnizione del serbatoio del carburante

La sigillatura del serbatoio dell'olio di un trasformatore di distribuzione completamente sigillato è una delle sue tecnologie principali, ottenuta principalmente attraverso l'uso di materiali di tenuta ad alte prestazioni e processi di tenuta avanzati. Essendo il componente portante principale del trasformatore, le prestazioni di tenuta del serbatoio dell'olio influiscono direttamente sulle capacità di protezione dell'apparecchiatura e sull'affidabilità operativa a lungo termine. Normalmente il serbatoio del carburante viene sigillato utilizzando guarnizioni in gomma o metalliche accoppiate con bulloni ad alta resistenza per garantire che l'interno del serbatoio del carburante sia completamente isolato dall'ambiente esterno. Questo metodo di sigillatura non solo può prevenire efficacemente l'ingresso di umidità, polvere e altri mezzi corrosivi all'interno del serbatoio, ma anche alleviare in una certa misura l'impatto delle variazioni di pressione interna causate dall'aumento della temperatura dell'olio del trasformatore sulla struttura del serbatoio. Inoltre, la selezione dei materiali di tenuta è cruciale e la loro resistenza agli oli, alle alte temperature e le proprietà anti-invecchiamento devono essere attentamente considerate. Ad esempio, la gomma nitrilica è ampiamente utilizzata nella guarnizione del serbatoio dell'olio dei trasformatori di distribuzione completamente sigillati grazie alla sua eccellente resistenza all'olio e resistenza meccanica. La ricerca mostra che un design ragionevole della tenuta del serbatoio può migliorare significativamente il livello di protezione del trasformatore e ridurre il tasso di guasto causato da fattori ambientali esterni.

• Sigillatura delle parti di collegamento

Oltre alla tenuta del serbatoio dell'olio, anche le misure di tenuta di ciascuna parte di collegamento del trasformatore svolgono un ruolo decisivo per la prestazione di tenuta complessiva. I componenti di collegamento di un trasformatore di distribuzione completamente sigillato comprendono principalmente boccole, commutatori di presa, dispositivi di raffreddamento, ecc. Questi componenti possono causare guasti alla tenuta a causa di vibrazioni, variazioni di temperatura e altri fattori durante il funzionamento. Per questo motivo, per garantire l'affidabilità della tenuta della parte di connessione, viene solitamente utilizzata una struttura di tenuta multistrato combinata con elementi di fissaggio ad alta resistenza. Ad esempio, nel collegamento tra l'alloggiamento e il serbatoio dell'olio, per migliorare l'effetto di tenuta vengono spesso utilizzati un anello di tenuta a forma di "O" e una flangia metallica. Per le parti mobili come i commutatori di presa, è necessario un design di tenuta dinamica per adattarsi al loro leggero spostamento durante il funzionamento. Inoltre, il materiale di tenuta delle parti di collegamento deve avere una buona elasticità e resistenza alla corrosione per far fronte al complesso ambiente operativo. Gli studi hanno sottolineato che una progettazione scientifica e ragionevole della tenuta delle parti di collegamento può non solo migliorare le prestazioni di tenuta complessive del trasformatore, ma anche ridurre efficacemente la probabilità di guasti comuni come perdite d'olio.

2. Sistema di isolamento

• Scelta del materiale isolante

Il sistema di isolamento di un trasformatore di distribuzione completamente sigillato è la garanzia principale delle sue prestazioni elettriche e la selezione dei materiali isolanti influisce direttamente sulle prestazioni di isolamento e sull'affidabilità operativa. Nelle applicazioni pratiche, i materiali isolanti comunemente utilizzati includono principalmente carta impregnata di olio minerale, resina epossidica e pellicola di poliestere. Ognuno di questi materiali ha le sue caratteristiche ed è adatto a diversi scenari lavorativi. Ad esempio, la carta impregnata di olio minerale è ampiamente utilizzata nel sistema di isolamento dei trasformatori di distribuzione tradizionali grazie alle sue buone proprietà di isolamento e stabilità termica; mentre la resina epossidica gioca un ruolo importante nei trasformatori a secco grazie alla sua eccellente resistenza meccanica e alla corrosione chimica. Per i trasformatori di distribuzione completamente sigillati, la selezione dei materiali isolanti deve tenere conto delle particolarità dell'ambiente di lavoro, come l'umidità, l'intervallo di variazioni di temperatura e le condizioni di carico. Inoltre, man mano che i requisiti di protezione ambientale diventano sempre più rigorosi, i nuovi materiali isolanti ecocompatibili come quelli senza alogeni e senza alogeni a bassa emissione di fumi sono gradualmente diventati un punto caldo della ricerca. La ricerca mostra che la selezione razionale dei materiali isolanti può non solo migliorare le prestazioni di isolamento del trasformatore, ma anche prolungarne la durata e ridurre i costi di manutenzione.

• Progettazione della struttura isolante

La progettazione della struttura di isolamento è una parte importante del sistema di isolamento del trasformatore di distribuzione completamente sigillato. La sua disposizione ragionevole e il design scientifico sono direttamente correlati alle prestazioni elettriche e alla sicurezza operativa del trasformatore. Nelle applicazioni pratiche, la struttura isolante adotta solitamente un design a strati per ottenere un isolamento efficiente tra componenti con potenziali diversi. Ad esempio, tra gli avvolgimenti e il nucleo vengono posizionati più strati di carta isolante per migliorare la resistenza dell'isolamento elettrico; allo stesso tempo, vengono utilizzati divisori isolanti per separare gli avvolgimenti ad alta tensione e gli avvolgimenti a bassa tensione per evitare il verificarsi di scariche parziali. Inoltre, la progettazione della struttura di isolamento deve anche considerare pienamente lo stress termico e lo stress meccanico a cui il trasformatore può essere sottoposto durante il funzionamento per garantirne la stabilità in condizioni di lavoro complesse. La ricerca mostra che l'ottimizzazione della progettazione della struttura isolante può non solo migliorare le prestazioni di isolamento del trasformatore, ma anche ridurre efficacemente il tasso di guasto causato dal guasto dell'isolamento. Soprattutto nelle zone ad alta quota, a causa dell'aria rarefatta che porta ad una diminuzione della resistenza elettrica, il design della struttura isolante deve essere adattato specificamente per soddisfare i requisiti operativi in ​​ambienti speciali.

3. Meccanismo di dissipazione del calore

• Dissipazione naturale del calore

Il meccanismo di dissipazione del calore di un trasformatore di distribuzione completamente sigillato è un'importante garanzia per il suo normale funzionamento. Il metodo di dissipazione del calore naturale è ampiamente utilizzato nei trasformatori di piccole e medie dimensioni per le sue caratteristiche semplici e affidabili. La dissipazione naturale del calore si basa principalmente sulla radiazione termica e sulla convezione sulla superficie del serbatoio del trasformatore per trasferire il calore generato all'interno all'ambiente circostante. Nello specifico, quando il trasformatore è in funzione, il calore generato dagli avvolgimenti e dal nucleo di ferro viene prima trasferito alla parete interna del serbatoio dell'olio attraverso la conduzione del calore, quindi dissipato nell'ambiente circostante attraverso la radiazione termica e la convezione dell'aria sulla superficie del serbatoio dell'olio. Al fine di migliorare l'efficienza di dissipazione del calore naturale, sulla superficie del serbatoio del carburante vengono solitamente forniti dissipatori di calore o strutture ondulate per aumentare l'area di dissipazione del calore e migliorare l'effetto di trasferimento del calore per convezione. Inoltre, la progettazione del dissipatore di calore deve considerare in modo esaustivo fattori quali la conduttività termica, il coefficiente di forma e la disposizione del materiale per ottenere prestazioni ottimali di dissipazione del calore. La ricerca mostra che una ragionevole progettazione di dissipazione del calore naturale può non solo garantire il funzionamento sicuro del trasformatore sotto carico nominale, ma anche prolungarne efficacemente la durata.

• Raffreddamento forzato (se presente)

Per i trasformatori di distribuzione completamente sigillati che funzionano con grande capacità o carico elevato, la dissipazione naturale del calore da sola potrebbe non essere in grado di soddisfare le esigenze di dissipazione del calore. In questo caso, è necessario introdurre metodi di dissipazione forzata del calore per migliorare le capacità di dissipazione del calore. La dissipazione forzata del calore viene solitamente ottenuta tramite apparecchiature ausiliarie come ventilatori e pompe dell'olio, mentre la circolazione forzata dei mezzi di raffreddamento (come aria o olio del trasformatore) viene utilizzata per accelerare il trasferimento e la dissipazione del calore. Ad esempio, in alcuni scenari applicativi a carico elevato, i radiatori raffreddati ad aria possono essere utilizzati per guidare il flusso d'aria attraverso le ventole per migliorare significativamente l'efficienza di dissipazione del calore. Nei trasformatori di grandi dimensioni, i sistemi di raffreddamento a circolazione forzata dell'olio vengono spesso utilizzati per trasportare l'olio caldo a un refrigeratore esterno attraverso una pompa dell'olio per il raffreddamento e quindi rifluire nel trasformatore. Il vantaggio del metodo di raffreddamento forzato è la sua elevata capacità di dissipazione del calore e la rapida velocità di risposta, ma presenta anche gli svantaggi di un elevato consumo energetico e di una manutenzione complicata. Pertanto, nelle applicazioni pratiche, è necessario effettuare una scelta ragionevole in base alla capacità, all'ambiente operativo e alle caratteristiche di carico del trasformatore per raggiungere un equilibrio tra prestazioni di dissipazione del calore ed economia.

III. Principali vantaggi rispetto ai trasformatori tradizionali

• Durata notevolmente prolungata: poiché l'ossigeno e l'umidità non possono entrare, la velocità di invecchiamento dell'olio isolante è ridotta di oltre il 50%, il degrado dei materiali isolanti in carta viene rallentato e la durata prevista può raggiungere dai 20 ai 30 anni.
• Veramente esente da manutenzione: durante il funzionamento non sono necessarie ispezioni regolari del nucleo, non è necessario sostituire l'essiccante del respiratore, non è necessario rabboccare l'olio o l'olio del filtro, sono necessarie solo ispezioni esterne e i costi di funzionamento e manutenzione sono ridotti di oltre il 60%. È particolarmente adatto per l'installazione in luoghi con trasporto scomodo o situazioni non presidiate.
• Elevata affidabilità e adattabilità ambientale: il livello di protezione può raggiungere IP67 e può resistere a polvere, nebbia salina, umidità e ambienti corrosivi costieri e può funzionare anche se immerso in acqua per un breve periodo. Allo stesso tempo, poiché non è presente il conservatore dell'olio, occupa un'area più piccola e ha una maggiore resistenza meccanica ai cortocircuiti.
• Sicurezza e protezione ambientale: l'olio è isolato dall'aria, il che riduce il rischio di fanghi e di incendio causati dall'ossidazione dell'olio e impedisce inoltre all'olio di inquinare l'ambiente esterno.

IV. Limitazioni e note

• Il costo iniziale è leggermente più alto: la linea di produzione del serbatoio dell’olio corrugato e la tecnologia delle piastre elastiche sono complesse e il costo è superiore di circa il 15%-20% rispetto a quello dei normali trasformatori della stessa capacità, ma è spesso più conveniente in termini di costo totale del ciclo di vita (TCO).
• La manutenzione è difficile: una volta che si verificano perdite dalla saldatura, è difficile serrarla con la stessa facilità di una connessione bullonata in loco e di solito deve essere restituita in fabbrica per la riparazione; e alcuni modelli non sono dotati di un indicatore di livello dell'olio trasparente esterno, quindi è necessaria un'asta sonda per rilevare il livello dell'olio e il monitoraggio non è intuitivo come quelli tradizionali.
• Punti di ispezione prima dell'uso: prima dell'installazione e dell'uso, assicurarsi di rimuovere la piastra di pressione fissa per il trasporto (perno di tenuta) sulla valvola di rilascio della pressione, altrimenti la pressione non può essere rilasciata quando la pressione interna è anomala, il che potrebbe causare la deformazione del serbatoio.

V. Principali scenari applicativi

I trasformatori di distribuzione completamente sigillati sono ampiamente utilizzati in:

• Rete di distribuzione urbana e residenziale: aree residenziali, complessi commerciali, locali di distribuzione elettrica sotterranei (alti requisiti di resistenza all'umidità);
• Aree ambientali difficili: aree costiere di nebbia salina, parchi industriali chimici, miniere, aree ad alta quota e ad alta umidità;
• Nuova energia e periferie periferiche: parchi fotovoltaici/eolici, trasformazione della rete elettrica rurale, trasformatori di distribuzione in aree montane (dove la manutenzione è scomoda);
• Sottostazione a scatola: come unità centrale integrata, consente di risparmiare spazio e migliora la tenuta complessiva.

Con la diffusione di S20, SH15 e altre leghe amorfe e prodotti in lamiera di acciaio al silicio ad alta efficienza, i trasformatori di distribuzione completamente sigillati stanno diventando un "guardiano invisibile" più stabile e senza preoccupazioni nella rete di distribuzione, guidati dal duplice obiettivo di risparmio energetico e riduzione dei consumi (contesto "doppio carbonio") e funzionamento e manutenzione intelligenti.