Ce este un transformator immers în lichid?

Un transformator cu scufundare în lichid este un transformator de putere al cărui miez și înfășurări sunt scufundate într-un lichid dielectric (de obicei ulei mineral sau esteri sintetici). Lichidul asigură două funcții critice: izolarea electrică între componentele sub tensiune și transferul de căldură departe de înfășurări și miez. Aceste transformatoare sunt utilizate pe scară largă pentru aplicații de distribuție și sisteme de alimentare, unde sunt necesare dimensiuni compacte, răcire fiabilă și performanțe dovedite pe termen lung.

Tipuri de lichide și categorii de transformatoare

Transformatoarele imersate în lichid sunt clasificate atât după lichidul izolator utilizat, cât și după construcția transformatorului. Alegerea lichidului afectează inflamabilitatea, biodegradabilitatea, performanța termică și cerințele de întreținere.

Lichide izolante comune

• Uleiul mineral - cea mai mare utilizare istorică; proprietăți dielectrice excelente; inflamabil; necesită reținerea uleiului și controlul scurgerilor.
• Esteri vegetali/sintetici — biodegradabili, punct de aprindere mai mare, performanță la foc mai bună; poate prelungi durata de viață a izolației hârtiei.
• Fluide siliconice și alte materiale sintetice - utilizate în aplicații de specialitate în care performanța față de temperatură sau neinflamabilitatea sunt priorități.

Categorii de constructii transformatoare

• Transformatoare umplute cu ulei închise ermetic — concepute pentru a minimiza pătrunderea umidității și pentru a reduce întreținerea.
• Tip conservator (respirator) - include un conservator de ulei și un ventilator cu gel de silice pentru expansiune și controlul umidității.
• Transformatoare imersate cu ulei forțat sau răcire forțată cu aer — pentru o sarcină mai mare sau stabilitate la temperatură.

Construcție și componente cheie

Un transformator scufundat în lichid integrează sisteme mecanice, electrice și fluide. Înțelegerea acestor componente ajută la planificarea întreținerii și la diagnosticarea defecțiunilor.

Miez, înfășurări și rezervor

Miezul din oțel laminat asigură calea magnetică; infasurarile (cupru sau aluminiu) sunt infasurate si izolate, apoi sustinute fizic in interiorul unui rezervor de otel care retine lichidul izolator. Suportul mecanic adecvat limitează vibrațiile și deplasarea în cazul forțelor de scurtcircuit.

Sistem de izolare si accesorii

Hârtia izolatoare/cartonul presat combinat cu lichidul formează sistemul dielectric. Accesoriile includ bucșe, robinete/OLTC (schimbător de prize sub sarcină) sau comutator fără sarcină, conservator sau cameră de expansiune, aerisire cu gel de silice, termometru, dispozitiv de reducere a presiunii și manometre de nivel de ulei.

Cum funcționează un transformator scufundat în lichid

Funcționarea urmează principiile electromagnetice: tensiunea alternativă la primar creează un flux magnetic variabil în timp în miez; acel flux induce o tensiune în raportul secundar proporțional la spire. Pierderile (miez și cupru) generează căldură; lichidul absoarbe căldura și o transferă pe suprafața rezervorului, unde se disipează în aerul ambiant sau este răcit prin radiatoare și ventilatoare.

Avantaje și limitări

Avantaje

• Răcire excelentă — lichidul îndepărtează căldura de înfășurări mai eficient decât aerul, permițând o capacitate de încărcare mai mare pentru o dimensiune dată.
• Fiabilitate dovedită și durată lungă de viață atunci când sunt întreținute corespunzător.
• Zgomot redus și amprentă compactă în comparație cu tipurile uscate comparabile pentru evaluări medii și mari.

Limitări și riscuri

• Risc de incendiu cu ulei mineral - necesită protecție împotriva incendiilor, distanță sau utilizarea de fluide mai puțin inflamabile în locuri sensibile.
• Impactul potențial asupra mediului de la scurgerile de petrol – izolarea și răspunsul la scurgeri sunt obligatorii în multe jurisdicții.
• Pătrunderea umidității de-a lungul timpului poate degrada izolația hârtiei dacă ventilatoarele și etanșările sunt inadecvate.

Aplicații și evaluări tipice

Transformatoarele imersate în lichid acoperă o gamă largă: transformatoare de distribuție montate pe stâlpi (gama kVA), transformatoare montate pe suport pentru distribuția subterană, transformatoare de putere substații (gama MVA) și unități specializate pentru industrie și surse regenerabile. Selecția depinde de tensiunea sistemului, nivelul de scurtcircuit, profilul de sarcină și constrângerile amplasamentului.

Cerințe de instalare și de șantier

Fundație și distanță

Instalați pe o fundație plană, rigidă, dimensionată pentru greutatea transformatorului și sarcinile seismice. Asigurați spațiu liber minim pentru răcire, acces la întreținere și siguranță conform codurilor electrice locale. Asigurați-vă împământarea corespunzătoare și protecția împotriva trăsnetului acolo unde este necesar.

Reținerea uleiului și mediu

În cazul în care se utilizează ulei mineral, cadrele de reglementare necesită adesea o izolare secundară (diviziuni, plăci de beton) și planuri de răspuns la scurgeri. Pentru locurile sensibile, luați în considerare fluide mai puțin inflamabile și biodegradabile pentru a reduce sarcina de reglementare.

Întreținere, monitorizare și testare

Întreținerea proactivă prelungește durata de viață a transformatorului și previne întreruperile neplanificate. O combinație de inspecție vizuală, testare a fluidelor și testare electrică oferă cele mai bune rezultate.

Sarcini de rutină

• Inspecție vizuală pentru scurgeri, coroziune și nivelul uleiului.
• Înlocuirea sau regenerarea respirației cu gel de silice pentru a controla pătrunderea umidității.
• Scanare termică a bucșelor, radiatoarelor și conexiunilor pentru a detecta punctele fierbinți.

Teste diagnostice

• Analiza gazelor dizolvate (DGA) - identifică defecțiuni incipiente, cum ar fi arcul electric, supraîncălzirea și descărcarea parțială.
• Teste de rezistență dielectrică a uleiului (BDV), conținut de apă, aciditate și tensiune interfacială.
• Testul raportului de spire, rezistența înfășurării, factorul de putere de izolație (tan delta) și analiza răspunsului la frecvență de baleiaj (SFRA).

Depanarea defecțiunilor comune

Problemele obișnuite ale transformatorului includ supraîncălzirea, scurgerile, defecțiunea bucșelor și arcul intern. Depanarea sistematică combină istoricul operațional, modelele DGA, imaginile termice și testele electrice pentru a identifica cauzele fundamentale și a prioritiza acțiunile.

Criterii de selecție și comparație

Selectarea transformatorului potrivit cu scufundare în lichid necesită evaluarea caracteristicilor de sarcină, constrângerile amplasamentului, regulile de mediu și costul total de proprietate, inclusiv întreținerea.

Siguranță, reglementări și considerații de mediu

Respectați codurile electrice locale, reglementările de incendiu și regulile de mediu privind reținerea secundară și eliminarea uleiului uzat de transformator. Pentru instalațiile din zone populate sau sensibile din punct de vedere al mediului, adoptați fluide cu inflamabilitate scăzută și asigurați izolarea scurgerilor. Asigurați-vă că personalul urmează procedurile de blocare/etichetare, lucru la cald și în spațiu închis atunci când efectuează întreținere.

Durata de viață și planificarea înlocuirii

Durata de viață tipică variază de la 25 la 40 de ani, în funcție de încărcare, răcire, întreținere și starea fluidului. Utilizați tendințele DGA, factorul de putere de izolație și calitatea uleiului pentru a estima sfârșitul duratei de viață. Planificați înlocuirea cu mult înainte de defecțiunea catastrofală pentru a evita oprirea sistemului și înlocuirile costisitoare de urgență.

Sfaturi practice pentru operatori și ingineri

• Stabiliți un program de monitorizare de rutină: scanări vizuale, termice, prelevare de probe de ulei și DGA la intervale regulate.
• Documentați istoricul de încărcare și performanța termică pentru a detecta supraîncărcarea cronică.
• Luați în considerare trecerea la fluide esterice pentru o mai mare siguranță la incendiu în locurile populate.
• Dacă aveți îndoieli, consultați producătorii de transformatoare și laboratoarele de testare acreditate pentru interpretarea DGA și intervenții majore.

Întrebări frecvente

Pot înlocui uleiul mineral cu un ester într-un transformator existent?

Uneori da, dar conversia necesită verificări de compatibilitate: etanșările, garniturile, vopseaua și izolația din hârtie pot reacționa diferit. Testele de laborator și aprobarea furnizorului sunt necesare înainte de înlocuirea fluidului.

Cât de des ar trebui să efectuez DGA?

Frecvența depinde de criticitate: transformatoarele de mare importanță au adesea DGA trimestrial sau lunar, în timp ce unitățile cu risc scăzut pot fi eșantionate anual. După orice eveniment anormal (defecțiune, suprasarcină, fulger), eșantionați imediat.

Când este considerat un transformator la sfârșitul duratei de viață?

Luați în considerare înlocuirea atunci când testele de izolație arată o degradare progresivă, DGA indică defecțiuni interne ireversibile, costurile de reparație depășesc costul de înlocuire sau când fiabilitatea operațională este compromisă.

Transformatoarele imersate în lichid rămân o piatră de temelie a distribuției electrice datorită performanței lor termice și eficienței costurilor. Selectarea corectă a fluidului, instalarea, monitorizarea proactivă și respectarea reglementărilor de siguranță și de mediu vor maximiza fiabilitatea și vor minimiza riscurile.