Κατανόηση της δομής του πυρήνα του μετασχηματιστή

Από τη μετατροπή μαγνητικής ενέργειας του μαγνητικού κυκλώματος στη μετάδοση ισχύος του κυκλώματος, από την εγγύηση ασφάλειας του συστήματος μόνωσης έως τη σταθερή στήριξη των δομικών στοιχείων, η εφαρμογή κάθε υλικού και ο σχεδιασμός κάθε κατασκευής αναλαμβάνουν συγκεκριμένες λειτουργίες. Αυτό το άρθρο ταξινομεί συστηματικά τα βασικά υλικά και τα δομικά χαρακτηριστικά των κύριων σωμάτων του μετασχηματιστή, βοηθώντας στην πλήρη κατανόηση αυτού του βασικού εξοπλισμού ισχύος.

 

 

 

 

 

 

Η επιλογή υλικού των μετασχηματιστών ακολουθεί τις αρχές της «προσαρμογής λειτουργίας, προτεραιότητας απόδοσης και οικονομικής ορθολογικότητας». Τα υλικά για διαφορετικά μέρη πρέπει να πληρούν πολυδιάστατες-απαιτήσεις όπως μαγνητική διαπερατότητα, ηλεκτρική αγωγιμότητα, αντοχή μόνωσης και μηχανική αντοχή. Μεταξύ αυτών, τα κύρια υλικά μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις κατηγορίες: υλικά μαγνητικού κυκλώματος, υλικά κυκλώματος, μονωτικά υλικά και δομικά υλικά. Διάφορα υλικά συνεργάζονται για να εξασφαλίσουν την αποτελεσματική και σταθερή λειτουργία των μετασχηματιστών.

(I) Υλικά Magnetic Circuit: Core Carriers for Magnetic Energy Conversion

Το μαγνητικό κύκλωμα είναι η βασική διαδρομή για τους μετασχηματιστές για να πραγματοποιήσουν την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Η βασική του λειτουργία είναι να καθοδηγεί και να συγκεντρώνει το μαγνητικό πεδίο και να μειώνει την απώλεια μαγνητικής ενέργειας. Επομένως, τα υλικά μαγνητικού κυκλώματος πρέπει να έχουν χαρακτηριστικά όπως υψηλή μαγνητική διαπερατότητα, χαμηλή απώλεια σιδήρου και καλή μαγνητική σταθερότητα. Επί του παρόντος, τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά μαγνητικού κυκλώματος σε μετασχηματιστές είναι τα φύλλα πυριτίου και οι πυρήνες από άμορφο κράμα.

Τα φύλλα πυριτίου, γνωστά και ως φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα, είναι τα κύρια υλικά για τα μαγνητικά κυκλώματα μετασχηματιστών. Με την προσθήκη πυριτίου σε καθαρό σίδηρο, βελτιώνεται αποτελεσματικά η ειδική αντίσταση του υλικού, μειώνεται η απώλεια δινορευμάτων και ενισχύεται σημαντικά η μαγνητική διαπερατότητα, επιτρέποντας πιο αποτελεσματική μετάδοση της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου. Σύμφωνα με τη διαδικασία έλασης, τα φύλλα πυριτίου μπορούν να χωριστούν σε τύπους θερμής-έλασης και ψυχρής-έλασης. Μεταξύ αυτών, τα φύλλα ψυχρής{{5} έλασης από χάλυβα πυριτίου έχουν πιο εξαιρετικές μαγνητικές ιδιότητες λόγω του πιο τακτοποιημένου προσανατολισμού κόκκων τους και χρησιμοποιούνται ευρύτερα στους σύγχρονους μετασχηματιστές. Τα φύλλα πυριτίου συνήθως επεξεργάζονται σε λεπτά φύλλα (με πάχη 0,35 mm ή 0,5 mm) και επικαλύπτονται με ένα μονωτικό στρώμα στην επιφάνεια για να μειωθεί περαιτέρω η απώλεια ενδοστρωματικών δινορευμάτων. Όταν χρησιμοποιούνται, πολλαπλά φύλλα στοιβάζονται για να σχηματίσουν έναν πυρήνα, σχηματίζοντας ένα κλειστό μαγνητικό κύκλωμα.

Από την άποψη των χαρακτηριστικών του πυρήνα, υπάρχουν προφανείς διαφορές μεταξύ των φύλλων από χάλυβα πυριτίου και των πυρήνων από άμορφο κράμα. Η συγκεκριμένη σύγκριση αντικατοπτρίζεται στις ακόλουθες πτυχές:

Διάσταση σύγκρισης	Φύλλα από χάλυβα πυριτίου	Πυρήνες από άμορφο κράμα
Απόδοση Απώλειας Σιδήρου	Σχετικά υψηλότεροι, οι συμβατικοί βαθμοί έχουν υψηλότερες-απώλειες φορτίου	Εξαιρετικά χαμηλή, μόνο 1/3 έως 1/5 φύλλα πυριτίου χάλυβα, εξαιρετικό αποτέλεσμα εξοικονόμησης ενέργειας-χωρίς-φόρτιση
Μαγνητική Διαπερατότητα	Υψηλό, κατάλληλο για μαγνητικά πεδία μέσης και υψηλής συχνότητας	Υψηλότερα σε χαμηλή συχνότητα και ασθενή μαγνητικά πεδία, ταχύτερη απόκριση μαγνητικού πεδίου
Επεξεργασία & Μηχανικές Ιδιότητες	Καλή ολκιμότητα, εύκολη κοπή, διάτρηση και στοίβαξη, προσαρμόσιμη σε πολύπλοκες δομές πυρήνα	Υψηλή ευθραυστότητα, εύκολο να σπάσει κατά την επεξεργασία, που απαιτεί ειδικό εξοπλισμό κοπής και διαδικασίες πλαστικοποίησης
Κόστος & Οικονομία	Ώριμη τεχνολογία, επαρκής παραγωγική ικανότητα, σταθερό και σχετικά χαμηλό κόστος	Πολύπλοκη διαδικασία προετοιμασίας, υψηλές απαιτήσεις εξοπλισμού, σχετικά υψηλό κόστος υλικού
Σενάρια εφαρμογής	Κατάλληλο για μετασχηματιστές όλων των επιπέδων ισχύος, ειδικά για μεγάλους μετασχηματιστές ισχύος και σενάρια ευαίσθητα στο κόστος και την πολυπλοκότητα της επεξεργασίας	Κατάλληλο για μετασχηματιστές διανομής, νέους μετασχηματιστές υποστήριξης ενέργειας και άλλα πεδία με αυστηρές απαιτήσεις ενεργειακής απόδοσης

Οι πυρήνες από άμορφο κράμα είναι ένας νέος τύπος υλικού μαγνητικού κυκλώματος που αναπτύχθηκε τα τελευταία χρόνια. Παρασκευάζονται με τεχνολογία ταχείας στερεοποίησης και η ατομική τους διάταξη παρουσιάζει μια διαταραγμένη άμορφη δομή. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι ο βασικός λόγος για τον οποίο η απώλεια σιδήρου τους είναι πολύ μικρότερη από αυτή των φύλλων από χάλυβα πυριτίου. Εκτός από την εξαιρετικά χαμηλή απώλεια σιδήρου, οι πυρήνες από άμορφο κράμα έχουν επίσης πλεονεκτήματα, όπως υψηλή μαγνητική διαπερατότητα και καλή αντοχή στη διάβρωση, καθιστώντας τους κατάλληλους για σενάρια ισχύος με εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις ενεργειακής απόδοσης. Ωστόσο, τα άμορφα κράματα έχουν επίσης προβλήματα όπως υψηλή ευθραυστότητα, υψηλή δυσκολία επεξεργασίας και σχετικά υψηλό κόστος, τα οποία περιορίζουν την εφαρμογή τους σε μεγάλη{4} κλίμακα σε ορισμένα πεδία. Με την πρόοδο της τεχνολογίας επεξεργασίας, η ικανότητα σχηματισμού πυρήνων από άμορφο κράμα έχει βελτιωθεί σταδιακά και η αναλογία εφαρμογής τους στον τομέα των μετασχηματιστών διανομής επεκτείνεται συνεχώς.

 

(II) Circuit Materials: Efficient Conductors for Power Transmission

 

Το κύκλωμα είναι το κανάλι για τους μετασχηματιστές να πραγματοποιούν την είσοδο, τη μετατροπή και την έξοδο ισχύος. Η βασική του απαίτηση είναι η χαμηλή αντίσταση και η υψηλή αγωγιμότητα για τη μείωση της απώλειας ισχύος κατά τη μετάδοση. Τα κύρια υλικά αγωγών για τα κυκλώματα μετασχηματιστών είναι ο χαλκός και το αλουμίνιο. Καθένα από τα δύο υλικά έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και θα πρέπει να γίνει μια λογική επιλογή ανάλογα με παράγοντες όπως το επίπεδο ισχύος, το σενάριο εφαρμογής και τον προϋπολογισμό κόστους του μετασχηματιστή.

Οι χάλκινοι αγωγοί χρησιμοποιούνται ευρέως σε κυκλώματα μετασχηματιστών λόγω της εξαιρετικής ηλεκτρικής τους αγωγιμότητας (δεύτερος μόνο μετά το ασήμι, με αγωγιμότητα 58×106 S/m σε 20 μοίρες), της καλής μηχανικής αντοχής και της αντοχής στη διάβρωση. Ο χαλκός έχει χαμηλή ειδική αντίσταση. Κάτω από το ίδιο φορτίο ρεύματος, οι χάλκινοι αγωγοί έχουν μικρότερες απώλειες και λιγότερη παραγωγή θερμότητας, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την απόδοση λειτουργίας και την αξιοπιστία των μετασχηματιστών. Ταυτόχρονα, ο χαλκός έχει καλή ολκιμότητα και είναι εύκολο να επεξεργαστεί σε σύρματα και περιελίξεις διαφόρων προδιαγραφών, προσαρμόζοντας τη σχεδίαση μετασχηματιστών με διαφορετικές δομές. Από την άποψη της χαρακτηριστικής σύγκρισης, ο χαλκός είναι ανώτερος από το αλουμίνιο όσον αφορά την απόδοση αγωγιμότητας, τη μηχανική σταθερότητα και την αντίσταση στη γήρανση, αλλά η έλλειψη πόρων χαλκού οδηγεί στην υψηλή τιμή του, η οποία θα αυξήσει σημαντικά το κόστος κατασκευής του εξοπλισμού σε μεγάλους μετασχηματιστές ή σενάρια ευαίσθητα στο κόστος.

Οι αγωγοί αλουμινίου έχουν το βασικό πλεονέκτημα του χαμηλού κόστους και των άφθονων πόρων. Η τιμή τους είναι μόνο περίπου το 1/3 αυτής του χαλκού, γεγονός που μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος κατασκευής των μετασχηματιστών. Αυτός είναι και ένας σημαντικός λόγος εφαρμογής τους στον τομέα των μετασχηματιστών μέσης και χαμηλής τάσης. Αν και η αγωγιμότητα του αλουμινίου είναι χαμηλότερη από αυτή του χαλκού (με αγωγιμότητα περίπου 37×106 S/m στις 20 μοίρες, μόνο περίπου 64% της αγωγιμότητας του χαλκού), η έλλειψη αγωγιμότητας μπορεί να αντισταθμιστεί αυξάνοντας την{9}}διατομή του αγωγού (συνήθως 1,6 φορές τις απαιτήσεις μετάδοσης των χάλκινων αγωγών). Ωστόσο, οι αγωγοί αλουμινίου έχουν προφανείς ελλείψεις: χαμηλή μηχανική αντοχή, μόνο το ήμισυ της αντοχής σε εφελκυσμό του χαλκού. η επιφάνεια είναι επιρρεπής σε οξείδωση για να σχηματίσει ένα φιλμ οξειδίου υψηλής αντίστασης-που επηρεάζει τη σταθερότητα της αγώγιμης. και η ηλεκτροχημική διάβρωση είναι επιρρεπής σε εμφάνιση όταν συνδέεται με άλλα μέταλλα όπως ο χαλκός, οδηγώντας σε κακή επαφή. Επομένως, κατά την επεξεργασία και την εγκατάσταση πρέπει να εφαρμόζονται ειδικές διεργασίες, όπως η χρήση χάλκινων αρμών-αλουμινίου μετάβασης και η αντιδιαβρωτική επεξεργασία στα εξαρτήματα σύνδεσης. Τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας υλικών από κράμα αλουμινίου, οι αγωγοί από κράμα αλουμινίου υψηλής αντοχής που κατασκευάζονται με προσθήκη μαγνησίου, πυριτίου και άλλων στοιχείων στο αλουμίνιο, έχουν βελτιώσει σημαντικά τη μηχανική τους αντοχή και την αντίσταση στη διάβρωση, ξεπερνώντας σε κάποιο βαθμό τα ελαττώματα των αγωγών καθαρού αλουμινίου και το εύρος εφαρμογής τους σταδιακά επεκτείνεται.

Η λεπτομερής σύγκριση απόδοσης μεταξύ αγωγών χαλκού και αλουμινίου φαίνεται στον παρακάτω πίνακα:

Δείκτης απόδοσης	Χάλκινοι αγωγοί	Αγωγοί Αλουμινίου
Ηλεκτρική αγωγιμότητα (20 μοίρες)	Υψηλό (58×106 S/m), IACS 100%	Μέτρια (37×106 S/m), IACS ~64%
Αντίσταση (20 μοίρες)	Χαμηλή (1,68×10⁻8 Ω·m)	Υψηλότερο (2,82×10⁻8 Ω·m)
Μηχανική Αντοχή	Υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, καλή αντοχή στην κόπωση	Χαμηλό, εύκολο να παραμορφωθεί υπό πίεση
Αντοχή στη διάβρωση	Καλό, δεν οξειδώνεται εύκολα	Η κακή, επιφανειακή μεμβράνη οξειδίου επηρεάζει την απόδοση
Επεξεργασία & Εγκατάσταση	Καλή ολκιμότητα, εύκολη επεξεργασία και σύνδεση	Απαιτεί ειδικές διαδικασίες (π.χ. μεταβατικές αρθρώσεις)
Κόστος	Υψηλοί, περιορισμένοι πόροι	Χαμηλοί, άφθονοι πόροι
Σενάρια εφαρμογής	Μετασχηματιστές υψηλής-ισχύς, απαιτήσεις υψηλής-απόδοσης	Μετασχηματιστές μέσης και χαμηλής τάσης, έργα ευαίσθητα στο κόστος

 

(III) Μονωτικά Υλικά: Βασικά Εμπόδια για Ασφαλή Λειτουργία

Κατά τη λειτουργία των μετασχηματιστών, υπάρχει μεγάλη διαφορά δυναμικού μεταξύ του κυκλώματος και του μαγνητικού κυκλώματος και μεταξύ του κυκλώματος και των δομικών στοιχείων. Η λειτουργία των μονωτικών υλικών είναι να απομονώνουν αυτές τις πιθανές διαφορές, να αποτρέπουν σφάλματα όπως διαρροές και βραχυκυκλώματα και να διασφαλίζουν την ασφαλή και σταθερή λειτουργία του εξοπλισμού. Τα μονωτικά υλικά πρέπει να έχουν εξαιρετική απόδοση μόνωσης, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, αντοχή στη γήρανση και μηχανική αντοχή. Σύμφωνα με τα μέρη και τις λειτουργίες εφαρμογής, μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: στερεά μονωτικά υλικά, υγρά μονωτικά υλικά και μονωτικά υλικά αερίου.

Στερεά μονωτικά υλικάαποτελούν τον πυρήνα του συστήματος μόνωσης του μετασχηματιστή, που χαρακτηρίζεται από σταθερό σχήμα και{0}}μακράς διάρκειας απόδοση μόνωσης. Περιλαμβάνουν κυρίως μονωτικό χαρτί, μονωτικό χαρτόνι, μονωτικό βερνίκι, εποξειδική γυάλινη σανίδα, αποστάτες, γωνιακούς δακτυλίους κ.λπ. Το μονωτικό χαρτί φυτικών ινών έχει χαμηλό κόστος και καλή απόδοση απορρόφησης λαδιού και μπορεί να σχηματίσει ένα συνεργιστικό σύστημα μόνωσης με μονωτικό λάδι. Συχνά χρησιμοποιείται για μόνωση περιελίξεων μεταξύ-περιστροφής και μεταξύ-στρώσεων και απομόνωση μεταξύ πυρήνων και περιελίξεων. Το μονωτικό χαρτί από συνθετικές ίνες (όπως το χαρτί Nomex) έχει τα πλεονεκτήματα της αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία (-μακροπρόθεσμη θερμοκρασία λειτουργίας έως 180 μοίρες), αντοχής στη γήρανση και υψηλής μηχανικής αντοχής και είναι κατάλληλο για βασικά μέρη μόνωσης μετασχηματιστών ξηρού-τύπου ή{10}}βυθισμένου μετασχηματιστή λαδιού σε περιβάλλον υψηλής{11} θερμοκρασίας. Το μονωτικό βερνίκι χωρίζεται σε μονωτικό βερνίκι-με βάση το λάδι και μονωτικό βερνίκι ρητίνης. Το βερνίκι με βάση το λάδι{15}}έχει χαμηλό κόστος αλλά χαμηλή αντοχή στη θερμοκρασία και χρησιμοποιείται κυρίως για μετασχηματιστές μικρών και χαμηλής-τάσης. Το βερνίκι ρητίνης (όπως το βερνίκι εποξειδικής ρητίνης, το βερνίκι πολυουρεθάνης) έχει υψηλότερη αντοχή στη θερμοκρασία και αντοχή μόνωσης. Με τον εμποτισμό των περιελίξεων, μπορεί να γεμίσει τα κενά των περιελίξεων και να τυλίξει τα σύρματα για να σχηματίσει ένα συνεχές μονωτικό στρώμα, το οποίο όχι μόνο βελτιώνει την απόδοση της μόνωσης αλλά και ενισχύει την ακεραιότητα των περιελίξεων και αποτρέπει τους κραδασμούς και τη φθορά. Η υφασμάτινη πλάκα από εποξειδικό γυαλί είναι κατασκευασμένη από γυάλινο ύφασμα εμποτισμένο με εποξειδική ρητίνη και{19}}θερμή συμπίεση, το οποίο έχει υψηλή αντοχή, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και εξαιρετικές ιδιότητες μόνωσης. Συχνά χρησιμοποιείται για την κατασκευή δομικών μονωτικών στοιχείων όπως στηρίγματα, χωρίσματα και μπλοκ ακροδεκτών μετασχηματιστών. Οι αποστάτες και οι γωνιακοί δακτύλιοι κατασκευάζονται κυρίως από χαρτόνι ή εποξειδικά υλικά, τα οποία χρησιμοποιούνται για την εσωτερική στήριξη των περιελίξεων και τη μόνωση των άκρων περιελίξεων αντίστοιχα, διασφαλίζοντας τη σταθερή δομή των περιελίξεων και επαρκή απόσταση μόνωσης.

Υγρά μονωτικά υλικά, γνωστό και ως μονωτικό λάδι, χρησιμοποιούνται κυρίως σε μετασχηματιστές-βυθισμένους σε λάδι και έχουν τρεις βασικές λειτουργίες: μόνωση, ψύξη και κατάσβεση τόξου. Μπορούν να βελτιώσουν αποτελεσματικά τη χωρητικότητα και τη διάρκεια ζωής των μετασχηματιστών. Τα κοινώς χρησιμοποιούμενα μονωτικά λάδια χωρίζονται κυρίως σε τρεις κατηγορίες: ορυκτέλαιο μόνωσης, συνθετικό μονωτικό λάδι και φυτικό μονωτικό λάδι. Το ορυκτό μονωτικό λάδι εξευγενίζεται από πετρέλαιο, με πλεονεκτήματα όπως εξαιρετική απόδοση μόνωσης (τάση διάσπασης έως 40 kV ή περισσότερο), υψηλή απόδοση απαγωγής θερμότητας, καλή ρευστότητα και χαμηλό κόστος. Είναι συμβατό με στερεά μονωτικά υλικά και μπορεί να εμποτίσει πλήρως το μονωτικό χαρτί για να σχηματίσει ένα σύνθετο σύστημα μόνωσης. Αυτή τη στιγμή είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υγρό μονωτικό υλικό σε μετασχηματιστές-βυθισμένους σε λάδι παγκοσμίως. Το συνθετικό μονωτικό λάδι είναι ένα μονωτικό λάδι που παρασκευάζεται με μεθόδους χημικής σύνθεσης, όπως η πολυαλφαολεφίνη και το λάδι σιλικόνης. Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό του είναι το υψηλό σημείο ανάφλεξης (συνήθως πάνω από 300 μοίρες), η ισχυρή αντίσταση στη γήρανση και η καλή ρευστότητα{11}}σε χαμηλή θερμοκρασία. Χρησιμοποιείται ευρέως σε σενάρια με υψηλές απαιτήσεις πυροπροστασίας (όπως πολυώροφα κτίρια, υπόγειοι υποσταθμοί), αλλά το υψηλό κόστος του περιορίζει τη διάδοση σε μεγάλη{14} κλίμακα. Το φυτικό μονωτικό λάδι είναι ένα φιλικό προς το περιβάλλον μονωτικό λάδι που εξευγενίζεται από φυτικά έλαια όπως το σογιέλαιο και το κραμβέλαιο. Έχει τα πλεονεκτήματα της καλής βιοδιασπασιμότητας, του υψηλού σημείου ανάφλεξης και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, κάτι που συνάδει με την αναπτυξιακή τάση της πράσινης προστασίας του περιβάλλοντος. Ωστόσο, η αντίσταση στη γήρανση και η ρευστότητα σε χαμηλή{18}θερμοκρασία πρέπει να βελτιωθούν, και επί του παρόντος εφαρμόζεται κυρίως πιλοτικά-σε μικρό εξοπλισμό όπως οι μετασχηματιστές διανομής.

Υλικά μόνωσης αερίουέχουν τα χαρακτηριστικά μικρής επιρροής από το περιβάλλον, ομοιόμορφη απαγωγή θερμότητας και κανένα κίνδυνο διαρροής. Χρησιμοποιούνται κυρίως για βοηθητική μόνωση μετασχηματιστών-με μόνωση αερίου (GIT) και μετασχηματιστών ξηρού-τύπου. Τα αέρια που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν εξαφθοριούχο θείο (SF6), άζωτο (N2) και ξηρό αέρα. Το εξαφθοριούχο θείο είναι ένα από τα αέρια μονωτικά υλικά με την καλύτερη απόδοση μόνωσης αυτή τη στιγμή. Η ισχύς του πεδίου διάσπασής του είναι τριπλάσια του αέρα και έχει εξαιρετική απόδοση κατάσβεσης τόξου-, σταθερές χημικές ιδιότητες και δεν είναι εύκολο να παλαιωθεί. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως σε μετασχηματιστές με μόνωση αερίου-και σε συσκευές διανομής με μόνωση αερίου. Ωστόσο, το εξαφθοριούχο θείο είναι ένα ισχυρό αέριο θερμοκηπίου με εξαιρετικά υψηλό δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη (GWP) και μεγάλο χρόνο κατακράτησης στην ατμόσφαιρα. Με τους ολοένα και πιο αυστηρούς κανονισμούς για την προστασία του περιβάλλοντος, η εφαρμογή του υπόκειται σε όλο και περισσότερους περιορισμούς. Επί του παρόντος, η τεχνολογία ανακύκλωσης χρησιμοποιείται κυρίως για τη μείωση των εκπομπών. Το άζωτο, ως αδρανές αέριο, έχει τα πλεονεκτήματα της ευρείας πηγής, του χαμηλού κόστους, της προστασίας του περιβάλλοντος και της μη ρύπανσης. Αν και η μονωτική του απόδοση είναι χαμηλότερη από αυτή του εξαφθοριούχου θείου, μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις μόνωσης των μετασχηματιστών αυξάνοντας την πίεση του αερίου (συνήθως 0,3-0,5 MPa). Συχνά χρησιμοποιείται για προστασία αζώτου-μετασχηματιστών ξηρού-τύπου και εναλλακτικού αερίου για μετασχηματιστές με μόνωση αερίου-. Ο ξηρός αέρας είναι αφυγρανμένος αέρας, με απόδοση μόνωσης παρόμοια με το άζωτο και χαμηλότερο κόστος. Χρησιμοποιείται κυρίως για μόνωση και ψύξη μικρών μετασχηματιστών ξηρού τύπου, αλλά η μονωτική του απόδοση επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την υγρασία, επομένως η περιεκτικότητα σε νερό πρέπει να ελέγχεται αυστηρά.

Η σύγκριση των βασικών χαρακτηριστικών διαφόρων μονωτικών υλικών φαίνεται στον παρακάτω πίνακα:

Τύπος μόνωσης	Ειδικά Υλικά	Βασικά Χαρακτηριστικά	Σενάρια εφαρμογής
Στερεά μόνωση	Μονωτικό χαρτί (φυτικό/συνθετική ίνα), μονωτικό βερνίκι, υφασμάτινη πλάκα από εποξειδικό γυαλί	Σταθερό σχήμα, μόνωση-με μεγάλη διάρκεια, διαφορετικά επίπεδα αντοχής στη θερμοκρασία	Μόνωση περιελίξεων, δομικά μονωτικά μέρη
Υγρό Μόνωση	Ορυκτό μονωτικό λάδι, συνθετικό μονωτικό λάδι, φυτικό μονωτικό λάδι	Μόνωση + ψύξη + σβήσιμο τόξου, καλή ρευστότητα	Μετασχηματιστές-βυθισμένοι σε λάδι, εξοπλισμός υψηλής-ισχύς
Μόνωση Αερίου	Εξαφθοριούχο θείο (SF6), άζωτο (N2), ξηρός αέρας	Χωρίς κίνδυνο διαρροής, ομοιόμορφη απαγωγή θερμότητας	Μετασχηματιστές-με μόνωση αερίου, μετασχηματιστές ξηρού-τύπου

 

(IV) Δομικά Υλικά και Εξαρτήματα: Σημαντικές Εγγυήσεις Υποστήριξης και Προστασίας

Τα δομικά υλικά και τα εξαρτήματα είναι σημαντικά συστατικά των μετασχηματιστών που πραγματοποιούν μηχανική υποστήριξη, δομική ενίσχυση, παρακολούθηση απόδοσης και προστασία ασφάλειας. Ο σχεδιασμός και η επιλογή υλικού επηρεάζουν άμεσα τη μηχανική σταθερότητα, τη λειτουργική αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής των μετασχηματιστών.

Τα δομικά υλικά αναλαμβάνουν κυρίως τις λειτουργίες της στήριξης μετασχηματιστή, της ενίσχυσης του μαγνητικού κυκλώματος και του κυκλώματος και της μονωτικής ενθυλάκωσης ρευστού. Τα βασικά εξαρτήματα περιλαμβάνουν σφιγκτήρες, δεξαμενές λαδιού, καλοριφέρ, συντηρητές λαδιού κ.λπ. Οι σφιγκτήρες είναι συνήθως κατασκευασμένοι από χάλυβα και χρησιμοποιούνται για τη στερέωση του πυρήνα και των περιελίξεων, διασφαλίζοντας τη σταθερότητα του μαγνητικού κυκλώματος και της δομής του κυκλώματος και αποτρέποντας τους κραδασμούς και τη μετατόπιση του μετασχηματιστή λόγω ηλεκτρομαγνητικής δύναμης κατά τη λειτουργία. η δεξαμενή λαδιού είναι το στοιχείο ενθυλάκωσης του πυρήνα των μετασχηματιστών βυθισμένων-λαδιού, συγκολλημένου με χαλύβδινες πλάκες, που χρησιμοποιείται για την υποδοχή μονωτικού λαδιού και της κύριας δομής του μετασχηματιστή, και ταυτόχρονα παίζει ρόλο στεγανοποίησης, αποτροπής διάβρωσης και μηχανικής προστασίας. Τα θερμαντικά σώματα χωρίζονται σε διάφορους τύπους, όπως πτερυγωτούς και σωληνωτούς τύπους, οι οποίοι μεταφέρουν τη θερμότητα που παράγεται από τον μετασχηματιστή κατά τη λειτουργία στον αέρα αυξάνοντας την περιοχή απαγωγής θερμότητας για την επίτευξη ψύξης του εξοπλισμού. ο συντηρητής λαδιού συνδέεται στο πάνω μέρος της δεξαμενής λαδιού, χρησιμοποιείται για να αντισταθμίσει την όγκο διαστολής και συστολής του μονωτικού λαδιού λόγω αλλαγών θερμοκρασίας και ταυτόχρονα να μειώσει την περιοχή επαφής μεταξύ μονωτικού λαδιού και αέρα για να καθυστερήσει τη γήρανση του λαδιού.

Τα εξαρτήματα του μετασχηματιστή ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο του μετασχηματιστή (ξηρός-τύπος ή βυθισμένος σε λάδι-) και αναλαμβάνουν κυρίως λειτουργίες παρακολούθησης απόδοσης και προστασίας. Τα βασικά εξαρτήματα μετασχηματιστών ξηρού-τύπου περιλαμβάνουν ελεγκτές θερμοκρασίας, ανεμιστήρες, μετασχηματιστές οργάνων κ.λπ.: ο ελεγκτής θερμοκρασίας χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας των περιελίξεων και των πυρήνων σε πραγματικό χρόνο και για την έκδοση ενός σήματος συναγερμού όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει το όριο. ο ανεμιστήρας συνδέεται με τον ελεγκτή θερμοκρασίας και ξεκινά αυτόματα όταν η θερμοκρασία αυξάνεται για να ενισχύσει το φαινόμενο απαγωγής θερμότητας. ο μετασχηματιστής οργάνων χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της τάσης και του ρεύματος του μετασχηματιστή και παρέχει υποστήριξη δεδομένων για τη μέτρηση και την προστασία του συστήματος ισχύος. Εκτός από τον ελεγκτή θερμοκρασίας, τα εξαρτήματα των μετασχηματιστών βυθισμένων-λαδιού περιλαμβάνουν επίσης ρελέ αερίου, βαλβίδες εκτόνωσης πίεσης, εναλλάκτες βρύσης κ.λπ.: το ρελέ αερίου είναι το στοιχείο προστασίας πυρήνα των-μετασχηματιστών βυθισμένου σε λάδι. Όταν παρουσιαστεί σφάλμα στο εσωτερικό του μετασχηματιστή για την παραγωγή αερίου ή ο ρυθμός ροής του μονωτικού λαδιού είναι μη φυσιολογικός, εκδίδει έγκαιρα σήμα συναγερμού ή διακόπτει την παροχή ρεύματος. η βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης χρησιμοποιείται για την αυτόματη απελευθέρωση της πίεσης όταν η πίεση στο εσωτερικό της δεξαμενής λαδιού αυξάνεται σε μια ορισμένη τιμή λόγω σφάλματος για να αποτρέψει τη διάρρηξη της δεξαμενής λαδιού. ο εναλλάκτης βρύσης χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση του αριθμού των στροφών περιέλιξης του μετασχηματιστή για να πραγματοποιηθεί η προσαρμογή της τάσης εξόδου ώστε να προσαρμοστεί στην διακύμανση της τάσης του δικτύου ισχύος.

 

 

Η κύρια δομή ενός μετασχηματιστή είναι ο οργανικός συνδυασμός διαφόρων υλικών, σχηματίζοντας ένα συνεργιστικό σύστημα που ενσωματώνει τη δομή "μαγνητικού κυκλώματος - κυκλώματος - μόνωσης -". Ο πυρήνας, ως πυρήνας του μαγνητικού κυκλώματος, στερεώνεται στη δεξαμενή λαδιού (μετασχηματιστής-βυθισμένος σε λάδι) ή στη βάση (μετασχηματιστής ξηρού-τύπου) μέσω σφιγκτήρων. Οι περιελίξεις τυλίγονται στις στήλες του πυρήνα, σχηματίζοντας τη μονάδα πυρήνα της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Τα στερεά μονωτικά υλικά χρησιμοποιούνται για την απομόνωση μεταξύ των περιελίξεων και του πυρήνα και μεταξύ των περιελίξεων και των περιελίξεων. Στους μετασχηματιστές-βυθισμένους σε λάδι, το μονωτικό λάδι γεμίζει τα κενά μεταξύ των διαφόρων εξαρτημάτων για να επιτευχθεί μόνωση και ψύξη ταυτόχρονα. δομικά εξαρτήματα όπως δεξαμενές λαδιού και σφιγκτήρες παρέχουν μηχανική υποστήριξη για τα εξαρτήματα του πυρήνα και τα αξεσουάρ παρακολουθούν-την κατάσταση λειτουργίας του εξοπλισμού σε πραγματικό χρόνο και ξεκινούν τον μηχανισμό προστασίας σε περίπτωση σφαλμάτων.

Αυτός ο δομικός σχεδιασμός όχι μόνο διασφαλίζει την αποτελεσματική υλοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής αλλά και διασφαλίζει τη λειτουργική ασφάλεια μέσω του συστήματος μόνωσης και των προστατευτικών εξαρτημάτων. Ταυτόχρονα, με την υποστήριξη δομικών υλικών και το ρόλο των εξαρτημάτων απαγωγής θερμότητας, επεκτείνεται η διάρκεια ζωής του εξοπλισμού. Σε διαφορετικά σενάρια εφαρμογής, η δομή του μετασχηματιστή θα προσαρμοστεί στοχευμένα. Για παράδειγμα, οι μετασχηματιστές ξηρού-τύπου εξαλείφουν τη δεξαμενή λαδιού και το μονωτικό λάδι, υιοθετούν ψύξη αέρα και στερεά μόνωση και είναι κατάλληλοι για το εσωτερικό κτιρίων με υψηλές απαιτήσεις πυροπροστασίας. Οι μετασχηματιστές-βυθισμένοι σε λάδι, με την εξαιρετική τους απόδοση απαγωγής θερμότητας, είναι κατάλληλοι για σενάρια μετάδοσης ισχύος σε εξωτερικούς χώρους μεγάλης-κλίμακας.

 

 

 

 

 

Η επιλογή υλικού και ο δομικός σχεδιασμός του κύριου σώματος του μετασχηματιστή αποτελούν τη βάση για την υλοποίηση των βασικών λειτουργιών του. Η υψηλή μαγνητική διαπερατότητα των υλικών μαγνητικών κυκλωμάτων, η χαμηλή αντίσταση των υλικών κυκλώματος, η ισχυρή απομόνωση των μονωτικών υλικών και οι ρόλοι στήριξης και προστασίας των δομικών υλικών και εξαρτημάτων συνθέτουν έναν αποτελεσματικό, ασφαλή και αξιόπιστο εξοπλισμό μετατροπής ισχύος. Με τη συνεχή βελτίωση των απαιτήσεων των συστημάτων ισχύος για ενεργειακή απόδοση και αξιοπιστία, τα υλικά μετασχηματιστών αναπτύσσονται επίσης προς μια κατεύθυνση εξοικονόμησης ενέργειας-και μεγαλύτερης διάρκειας. Για παράδειγμα, η εφαρμογή πυρήνων άμορφου κράματος και νέων σύνθετων μονωτικών υλικών γίνεται σταδιακά δημοφιλής. Ο δομικός σχεδιασμός γίνεται πιο έξυπνος. Με την ενσωμάτωση της τεχνολογίας ανίχνευσης και της τεχνολογίας Internet of Things, επιτυγχάνεται ακριβής παρακολούθηση και έξυπνη λειτουργία και διατήρηση της κατάστασης λειτουργίας του μετασχηματιστή. Η εις βάθος κατανόηση των υλικών και της δομής του κύριου σώματος του μετασχηματιστή έχει μεγάλη κατευθυντήρια σημασία για το σχεδιασμό, την κατασκευή, τη λειτουργία και τη συντήρηση και την αναβάθμιση του εξοπλισμού και παρέχει επίσης μια σταθερή εγγύηση για τη διασφάλιση της σταθερής λειτουργίας του συστήματος ισχύος.

Έχω συμπληρώσει την αγγλική έκδοση του άρθρου με τρεις συγκριτικούς πίνακες. Χρειάζεστε να προσαρμόσω τη μορφή (όπως γραμματοσειρά, διάστιχο παραγράφων) ώστε να είναι περισσότερο σύμφωνη με τις προδιαγραφές του εγγράφου του Word ή να τροποποιήσω το περιεχόμενο ενός συγκεκριμένου τμήματος; Μπορώ επίσης να σας βοηθήσω να εξαγάγετε το περιεχόμενο ως μορφοποιημένο προσχέδιο εγγράφου του Word για άμεση χρήση.