Что такое сухой трансформатор и как он работает?

Для преобразования электрических величин при передаче и потреблении используется различное трансформаторное оборудование. Среди большого разнообразия данного типа электрических машин существуют модели с различным типом изоляции, количества фаз и охлаждения. Отдельным видом трансформаторного оборудования является сухой трансформатор, который постепенно вытесняет маслонаполненные агрегаты.

Что такое сухой трансформатор?

Понятие сухого трансформатора подразумевает, что пространство между обмотками и корпусом не заполнено жидким диэлектриком. Идея сухих преобразователей появилась относительно давно, однако их практическая реализация всячески тормозилась из-за отсутствия подходящих технических средств.

Поэтому на начальных этапах их изготавливали для внутренней установки в сухих помещениях, маломощных приборов с закрытым корпусом, лабораторных образцов и т.д. Но с появлением технологий и материалов, которые позволили не накапливать влагу из окружающего пространства, их сфера применения расширилась и на открытую часть электроустановок высоковольтного напряжения.

Конструкция и принцип работы

Конструкция сухого агрегата практически не отличается от классического масляного трансформатора.

Среди элементов силовых трансформатором с воздушным охлаждением выделяют:

• Магнитопровод – является элементом передачи магнитодвижущей силы между обмотками. Чаще всего изготавливается из шихтованной, ленточной или пластинчатой стали. По конструкции сердечники трансформаторов сухого типа могут быть стержневыми, кольцевидными или броневыми.

• Обмотки – представляют собой элемент для протекания электрического тока и формирования электромагнитного взаимодействия, последующей генерации ЭДС и МДС. Для изготовления обмоток применяются медные или алюминиевые проводники, круглого или прямоугольного сечения. Как и в силовых масляных трансформаторах, обмотки высокого напряжения размещаются на обмотках низкого, а в маломощных могут разноситься по полюсам сердечника.

• Изоляция обмоток – применяется для электрического отделения токоведущих частей от заземленных, их защиты от воздействия окружающей среды. Литая изоляция производится электротехническим лаком, полиамидными и эпоксидными смолами, может покрываться полимерными составом, пропитанной тканью и прочими. В состав большинства материалов включаются антипирены – вещества, приводящие к самозатуханию при возгорании.
• Соединительные стяжки, болты, рамы, распорки и другие вспомогательные детали, обеспечивающие надежное закрепление и фиксацию всех частей. В каждой конкретной модели могут применятся все или только некоторые из вышеперечисленных.
• Защитный кожух или корпус – необходим для предотвращения приближения к токоведущим частям на недопустимое расстояние. Изготавливается специальный кожух из металла, а при работе заземляется.

• Изоляторы – необходимы для вывода концов обмоток высокого и низкого напряжения через корпус.

Принцип действия заключается в подаче напряжения на первичную обмотку сухого трансформатора, после чего по ней начинает протекать электроток. От направленного движения заряженных частиц возникает электромагнитный поток, наводящий во вторичной обмотке ЭДС. Которая и обеспечивает разность потенциалов во вторичной обмотке и возможность для протекания тока при подключении номинальной нагрузки.

Всего существует три типа обмоток в сухих агрегатах – открытые, монолитные и литые. Из-за применения монолитных и литых обмоток трансформаторы этой серии значительно хуже отводят тепло, поэтому в них используются проводники большего сечения. А в ходе работы отвод тепловой энергии может потребовать принудительной подачи воздуха или большего пространства в корпусе, наличия дополнительных вентиляционных каналов для отвода воздушных масс.

Рис. 5. Система вентиляции трансформатора

Технические параметры

Перед установкой сухого трансформатора важно точно определить его технические характеристики, которые предоставят базовую информацию о пригодности агрегата для работы в тех или иных условиях.

Среди наиболее важных параметров выделяют:

• Номинальная мощность – определяет объем перерабатываемой электроэнергии для сухого трансформатора.
• Номинальное напряжение – показывает значение уровня напряжения, которое может подаваться на каждую из обмоток высокого, среднего и низкого потенциала.
• Перегрузочный коэффициент – показывает, на какую величину рабочая нагрузка может превышать значение номинального тока.

• Коэффициенты потерь холостого хода и короткого замыкания.
• Степень пыле- влагоустойчивости и климатического исполнения – определяет внешние условия, при которых допускается эксплуатировать агрегат и сохраняется прочность изоляции.
• Габаритные размеры и масса сухого трансформатора.

Область применения

В виду повсеместного использования электрической энергии для всех производственных и технологических процессов сухие трансформаторы, как высоковольтные преобразователи имеют довольно широкое применение. Их используют для электроснабжения систем наземного электрифицированного транспорта, тяговых и трансформаторных подстанций, питания производственных цехов. Кроме промышленного сектора сухие агрегаты используются в сельскохозяйственной отрасли, для торговых комплексов, курортных баз и поселков. В быту они применяются для электропитания многоквартирных домов, школ и дошкольных заведений.

Область применения слаботочных сухих трансформаторов малой мощности практически ничем не ограничена. Это всевозможные бытовые приборы, устройства и приспособления малой механизации, преобразователи и сварочное оборудование.

Преимущества и недостатки

В сравнении с широко применяемыми маслонаполненными электрическими машинами, сухие трансформаторы обладают рядом преимуществ:

• Не наносят вреда экологии местности в случае аварийной ситуации, в отличии от вытекающего трансформаторного масла.
• Более просты в обслуживании – нет нужды контролировать химический состав трансформаторного масла, температуру вспышки, производить слив для вскрытия крышки и т.д. Что существенно сокращает затраты собственника на текущее содержание сухого трансформатора.
• Обеспечивает высокую степень безопасности в аварийных ситуациях – отсутствует угроза возгорания масла, температурного расширения с последующим взрывом и т.д.
• Отличаются простотой конструкции, так как нет необходимости обеспечивать герметичность корпуса.
• Мощные модели обладают сравнительно меньшим весом из-за отсутствия жидкого диэлектрика.

Но, наряду с преимуществами сухие трансформаторы обладают и некоторыми недостатками. Во-первых, такое оборудование будет иметь сравнительно большие габариты, которые увеличиваются пропорционально увеличению мощности трансформатора. Это обуславливается необходимостью обеспечить достаточную ширину воздушного зазора для охлаждения. Во-вторых, из-за применения литой изоляции при низких температурах или их перепадах возможно механическое напряжение в диэлектрике, что может привести к его локальному разрушению в трансформаторе.