Чем отличаются размеры трехфазного масляного трансформатора от размеров сухого трансформатора?

Если вы когда-либо покупали силовые трансформаторы, вы, вероятно, замечали, что снова и снова появляются две большие категории: масляные и сухие. Как владельца бизнеса по поставке трехфазных масляных трансформаторов, меня постоянно спрашивают, почему масляные агрегаты выглядят намного громоздче, чем их сухие аналоги. Речь идет не только об эстетике — существует множество инженерных и практических вариантов использования, связанных с этой разницей в размерах, которые имеют большое значение для тех, кто покупает оборудование для заводов, подстанций или коммерческих зданий.

Во-первых, давайте рассмотрим основные различия между тем, как каждый тип охлаждается, потому что это самый большой фактор, влияющий на размер. В масляных трансформаторах используется минеральное масло (или иногда синтетическое масло в наши дни) для отвода тепла от сердечника и обмоток. С другой стороны, трансформаторы сухого типа полагаются на воздух — либо естественную конвекцию, либо принудительную подачу воздуха с помощью вентиляторов — для выполнения той же работы. Может показаться, что воздух является более эффективной охлаждающей средой, но на самом деле масло имеет гораздо более высокую теплопроводность и теплоемкость, чем воздух. Таким образом, масло может быстрее отводить больше тепла от горячих частей трансформатора. Но чтобы сдержать это масло и тепло, которое оно несет, вам нужно больше физического пространства. Стандартный трехфазный масляный трансформатор может поставляться со стальными баками, охлаждающими ребрами, иногда также с радиаторами или вентиляторами (хотя во многих крупных агрегатах используется естественная конвекция), а также втулками, изолирующими входящие и выходящие линии высокого напряжения. Устройства сухого типа часто заключаются в металлические корпуса, но эти корпуса меньше по размеру, а обмотки покрыты эпоксидной смолой, которая напрямую отводит тепло.

Давайте представим это в цифрах, чтобы это стало реальностью. Для трехфазного блока мощностью 1 МВА масляный силовой трансформатор (вы можете ознакомиться с нашими предложениями здесь) может иметь ширину около 5 футов, высоту 7 футов и глубину 3 фута и весить примерно 3000 фунтов. Агрегат сухого типа с таким же номиналом МВА? Обычно он примерно вдвое меньше — может быть, 3 фута в ширину, 4 фута в высоту, 2 фута в глубину и весит лишь вдвое меньше, около 1500 фунтов. Этот разрыв становится тем больше, чем больше становится единица. Для блока мощностью 10 МВА масляные агрегаты имеют ширину около 12 футов, высоту 15 футов и глубину 6 футов, в то время как блоки сухого типа мощностью 10 МВА все еще имеют высоту менее 8 футов и половину веса. Почему? Чем больше энергии вам нужно, тем больше тепла вам придется рассеивать, а масло лучше переносит это тепло, чем воздух. Агрегаты сухого типа стали бы массивными, если бы они попытались справиться с высокой МВА только с помощью воздуха, поэтому при больших размерах (например, выше 5 МВА) масляные трансформаторы начинают иметь больше смысла, чем сухие, включая размер.

Не поймите меня неправильно, размер – это не просто больше или меньше. Для каждого из них есть компромиссы, которые напрямую связаны с тем, где вы размещаете трансформатор. Небольшой размер агрегатов сухого типа является огромным преимуществом, если вы работаете в ограниченном пространстве, например, в подвале городского офисного здания или на переполненном промышленном предприятии, где площадь помещения имеет большое значение. В них также нет легковоспламеняющегося масла, поэтому они безопаснее в местах, где утечка или пожар могут представлять большую опасность, например, рядом с чувствительной электроникой или в зданиях с большим количеством людей. Но у этого крошечного размера есть и недостатки. Трансформаторы сухого типа нагреваются сильнее, чем масляные агрегаты при той же МВА, поэтому они более чувствительны к высоким температурам окружающей среды, пыли или влажности. Вы можете использовать вентиляторы для их охлаждения, но это увеличивает шум и потребление энергии, и они все равно не смогут выдерживать ту же нагрузку с течением времени, что и масляный агрегат того же физического размера.

Как человек, продающий трехфазные масляные трансформаторы, я буду первым, кто скажет вам, что разница в размерах является причиной того, что масляные агрегаты идеально подходят для большинства тяжелых условий эксплуатации. Подумайте о подстанции, которая питает весь район: служебные трансформаторы станции (см. здесь) должны выдерживать постоянную высокую нагрузку 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, а охлаждающая способность масла означает, что вы можете получить гораздо больше мощности от устройства, которое, хотя и больше, не так легко перегревается. Эти большие масляные баки и ребра охлаждения представляют собой не просто собственный вес — они предназначены для удержания масла, предотвращения его утечки и медленного отвода тепла, чтобы трансформатор не был поврежден. Сухая подстанция была бы слишком громоздкой, чтобы вместить нагрузку более 10 МВА, необходимую для всего подразделения, даже если она того же размера, что и меньшая нефтяная установка.

Еще одна вещь, о которой люди не всегда задумываются: стоимость установки напрямую зависит от размера и веса. Масляному трансформатору весом 3000 фунтов требуется более крупный кран для его подъема, более прочные бетонные опоры, чтобы выдержать его вес, и больше работы для его выравнивания. Устройство сухого типа вдвое меньшего размера гораздо легче перемещать, особенно если вы вставляете его в узкий дверной проем в старом здании. Но для наружных установок, таких как электростанция или склад со специальной силовой станцией, возможность установки более крупного трансформатора вообще не является проблемой, а дополнительная мощность, которую вы получаете от масляного агрегата, стоит того места, которое он занимает.

Подождите, давайте поговорим о самом масле, потому что оно также влияет на дизайн. Масло — это не только охлаждающая жидкость, но и изолятор. Таким образом, диэлектрические свойства масла помогают предотвратить короткое замыкание обмоток высокого напряжения, а это означает, что вам не нужно столько толстого и тяжелого изоляционного материала вокруг обмоток, как в блоке сухого типа. В агрегатах сухого типа для изоляции используется эпоксидная смола, которая является твердой, поэтому занимает место вокруг обмоток и делает агрегат более громоздким по сравнению с его мощностью? Нет, подождите, нет — на самом деле эпоксидная смола тонкая, но вам нужно большее расстояние между обмотками, чтобы предотвратить искрение, поскольку воздух — худший изолятор, чем масло. Ах да, это еще один драйвер большого размера! Масло имеет гораздо лучшую изоляционную прочность, чем воздух, поэтому обмотки масляного трансформатора могут быть расположены ближе друг к другу, и в целом блоку не требуется дополнительное пространство для изоляционных зазоров. В устройствах сухого типа обмотки должны быть больше раздвинуты, чтобы избежать образования электрической дуги в воздухе, что увеличивает их размер даже при небольшой общей занимаемой площади.

Давайте также обратимся к распространенному мифу: люди думают, что масляные трансформаторы больше только из-за масляного бака, но это еще не все. Сердечник и обмотки — фактические части, генерирующие мощность — имеют почти одинаковый размер в обоих типах для одной и той же МВА. Дополнительное место в масляных узлах предназначено для масла, охлаждающего оборудования и втулок. Дополнительное пространство в агрегатах сухого типа предназначено для эпоксидной изоляции и воздушных каналов. Поэтому, когда вы видите большой масляный трансформатор, это в основном детали охлаждения и защитной оболочки, которые выполняют свою работу, поддерживая работу сердечника и обмоток при безопасной температуре.

Своих клиентов я всегда начинаю с того, что спрашиваю, куда идет трансформатор и какую нагрузку он должен выдерживать, прежде чем говорить о размерах. Если это торговое здание в центре города с тесным подвалом, лучше всего подойдет сухое здание — небольшого размера, безопасное, без риска утечки масла. Если это производственное предприятие с большой территорией или подстанция, которой необходимо питать десятки машин, лучше использовать трехфазный масляный трансформатор, даже если он больше, поскольку он может выдерживать постоянную высокую нагрузку без перегрева. Масляные агрегаты также служат дольше, обычно 20-30 лет при правильном обслуживании, по сравнению с 15-25 годами для сухого типа, что немного компенсирует первоначальные хлопоты по размеру и весу.

Подождите, а что насчет обслуживания? Это также связано с размером. Масляные трансформаторы нуждаются в периодической проверке масла на наличие влаги или загрязнений, а иногда и в замене масла, но это просто. Агрегаты сухого типа нуждаются в регулярной очистке воздушных каналов, чтобы пыль не блокировала воздушный поток: если пыль скапливается, они быстро перегреваются, что может сократить срок их службы. Небольшой размер облегчает очистку внутренних блоков, но для больших коммерческих зданий с несколькими сухими блоками это еженедельная работа, тогда как масляные блоки на открытых дворах требуют визуальной проверки только раз в несколько месяцев.

Ко мне приходили клиенты, которые говорили, что, по их мнению, сухой тип лучше, потому что он меньше, но через год понимали, что их сухой агрегат не выдерживает летней пиковой нагрузки, поэтому им приходилось переходить на более крупный. Вот где важно знать компромиссы по размеру. Разница в размерах не является недостатком ни одной из конструкций — это функция, адаптированная к вариантам использования. Сила масла проявляется в условиях высоких нагрузок и длительной эксплуатации, поэтому его размер является компромиссом для мощности и долговечности. Сила сухого типа заключается в малой занимаемой площади и безопасности, поэтому его размер подходит для ограниченного пространства при меньших нагрузках.

Если вы ищете новый трансформатор, не выбирайте его только по размеру. Подумайте, где вы его разместите, сколько энергии вам понадобится и как часто он будет использоваться. Если вы предпочитаете масляные агрегаты, наши трехфазные масляные трансформаторы (вы можете проверить нашу полную линейку здесь) созданы для всего: от небольшого коммерческого использования до крупных промышленных установок и подстанций. У нас также есть масляные силовые трансформаторы (см. их здесь) для проектов коммунального хозяйства, размеры которых соответствуют вашим потребностям в нагрузке, сохраняя при этом надежность.

А если вы не уверены, какой размер или тип подходит для вашего помещения, не стесняйтесь обратиться к нам, чтобы обсудить ваши потребности. Мы можем помочь вам точно определить, что подходит для вашей установки, не переплачивая и не приобретая устройство, слишком маленькое для этой работы.

Ссылки

1. Ассоциация стандартов IEEE. (2020).Стандарт IEEE C57.12.00-2020: Общие требования к жидкостным распределительным, силовым и регулирующим трансформаторам..
2. Национальная ассоциация производителей электротехники (NEMA). (2021).Сухие трансформаторы: рекомендации по выбору, монтажу и обслуживанию.
3. Energy.gov. (2022).Основные сведения о трансформаторах и руководство по их выбору для коммерческого и промышленного применения.
4. Международная электротехническая комиссия (МЭК). (2019).МЭК 60076-1: Силовые трансформаторы. Часть 1: Общие требования..