Pot funcionar un transformador sense oli? Sec-Tipus vs Oli-Omplit

Anàlisi exhaustiva dels tipus de transformadors: aplicacions, diferències i criteris de selecció per a transformadors de tipus d'oli-immersos i secs-

Com a equip bàsic per a la conversió de tensió i transmissió d'energia en sistemes d'energia, el disseny i la selecció del material dels transformadors afecten directament l'estabilitat, la seguretat i l'aplicabilitat de la transmissió d'energia. Entre aquests factors, "si s'utilitza oli aïllant" és una de les dimensions clau per classificar els transformadors.

 

Aquest article ofereix una anàlisi detallada de les característiques bàsiques, els escenaris d'aplicació, les diferències clau i la lògica de selecció dels transformadors de tipus -submergits i secs-d'oli, oferint orientació professional per al disseny d'enginyeria elèctrica i la selecció d'equips.

 

1. Què és un transformador-immers en oli?

El transformador-immers en oli (també conegut com a transformador-omple d'oli) és el tipus de transformador tradicional més utilitzat en sistemes elèctrics. El seu disseny bàsic consisteix a submergir completament els components clau del transformador-bobinat primari, bobinatge secundari i nucli-en oli aïllant, que compleix dues funcions crítiques.

Estructuralment, els transformadors-immersos en oli consisteixen principalment en bobinatges, un nucli, oli aïllant, un dipòsit i components auxiliars (com ara radiadors i relés de gas). Els bobinatges i el nucli, que serveixen de nucli de la inducció electromagnètica, estan immersos en oli aïllant especialment formulat per garantir la protecció de l'aïllament i la dissipació de la calor durant el funcionament.

L'oli aïllant té tres funcions bàsiques en els-transformadors submergits en oli: en primer lloc, el refredament i la dissipació de calor-transfereix la calor generada pels bobinatges i el nucli durant el funcionament a les parets del dipòsit o als radiadors mitjançant la convecció tèrmica, evitant el sobreescalfament dels danys de l'equip.

 

En segon lloc, la protecció d'aïllament-aprofitant les propietats d'aïllament elèctric superiors de l'oli per aïllar els riscos d'arc entre bobinatges i entre bobinatges i el nucli, garantint un rendiment d'aïllament fiable.

 

En tercer lloc, garanteix l'estabilitat. L'oli aïllant d'alta-qualitat té una estabilitat química excel·lent, la qual cosa permet un funcionament estable a-a llarg termini en condicions d'alta-temperatura i alta-pressió, allargant així la vida útil del transformador.

 

Hi ha transformadors que no utilitzen oli?

La resposta és sí. A més dels transformadors-immersos en oli, els transformadors de tipus-sec són la variant-sense oli més comuna. La seva característica principal és l'ús de materials aïllants sòlids en lloc d'oli aïllant, depenent de la circulació d'aire per a la refrigeració. Això elimina completament els riscos ambientals i de seguretat associats a les fuites d'oli.

Les característiques bàsiques dels transformadors de tipus sec-es poden resumir de la següent manera:

• Mètode de refrigeració:Es basa principalment en la convecció d'aire natural o la refrigeració per aire forçat, eliminant la necessitat de sistemes de circulació d'oli addicionals i donant com a resultat una estructura més senzilla;
• Materials d'aïllament:Utilitza materials aïllants sòlids d'alt rendiment-com ara resina epoxi i cinta de mica, que garanteixen un rendiment d'aïllament estable sense riscos de contaminació d'oli;
• SAvantatges de seguretat:Elimina completament els perills de fuites d'oli aïllant o combustió, no produeix gasos tòxics durant el funcionament i ofereix una major seguretat.

 

A causa dels seus beneficis mediambientals i de seguretat, els transformadors de tipus sec-són especialment adequats per a escenaris amb requisits ambientals estrictes o espai limitat, i serveixen com a tipus complementari important dels transformadors-immersos en oli.

 

Diferències clau entre els transformadors tipus petroli-immersos i secs-

Dimensió de comparació	Transformador-immers en oli	Transformador de tipus sec-
Mitjà i mètode de refrigeració	Oli aïllant (circulació d'oli natural o forçada)	Aire (convecció natural o refrigeració per aire forçat)
Material d'aïllament	Aïllament d'oli aïllant + cel·lulosa (paper).	Aïllament sòlid (p. ex., resina epoxi, cinta de mica)
Eficiència de dissipació de calor	Excel·lent; pot suportar sobrecàrregues més altes i sostingudes.	Relativament limitat; menor capacitat de sobrecàrrega.
Risc de seguretat	Risc de fuites d'oli i incendi; requereix mesures de protecció contra incendis.	No hi ha fuites d'oli ni perill d'incendi; seguretat intrínsecament més alta.
Requisits d'instal·lació	Requereix volta/habitació independent amb espai ignífug; principalment per a ús exterior.	Apte per a instal·lació interior sense protecció especial contra incendis.
Cost de manteniment	superior; requereix proves regulars d'oli (rigidesa dielèctrica, factor de dissipació, etc.).	inferior; sense manteniment relacionat-l'oli; principalment neteja.
Aplicació típica de tensió	Sistemes de tensió mitjana, alta i extra{0}} (p. ex., 10 kV i més).	Sistemes de baixa i mitjana tensió (normalment fins a 35 kV).

 

A més, pel que fa a la mida i el pes, els transformadors-immersos en oli solen tenir dimensions més grans i un pes més gran a causa de la inclusió de components com ara dipòsits d'oli i radiadors. En canvi, els transformadors de tipus sec-pretenen una estructura compacta i una empremta més petita, cosa que els fa més adequats per a entorns-d'espai restringit.

 

4.Aplicacions habituals dels-transformadors immersos en petroli

Amb la seva dissipació de calor superior, les seves propietats d'aïllament i la seva compatibilitat d'alta -tensió, els transformadors immersos en oli-dominen els components bàsics dels sistemes d'alimentació, i serveixen principalment a les aplicacions següents:
1. Centrals elèctriques
Els generadors de les centrals elèctriques solen emetre tensions de 10-20 kV. Els transformadors-immersos en petroli els augmenten a tensions de transmissió de 110 kV, 220 kV o superiors per a la connexió a línies de transmissió de llarga-distància. Aquests transformadors tenen una mida adequada a les especificacions del generador i han de suportar càrregues transitòries massives. La dissipació eficient de la calor dels dissenys submergits en oli garanteix un funcionament estable.

2. Subestacions
A la interfície entre les línies de transmissió i les xarxes de distribució, les subestacions utilitzen transformadors-immersos en oli per reduir les altes tensions (p. ex., 110 kV, 220 kV) a mitjanes tensions (p. ex., 10 kV, 35 kV) abans de distribuir l'energia als sistemes de distribució de nivell- inferior. Els transformadors-immersos en oli gestionen eficaçment les demandes de conversió d'alta-càrrega i alta-tensió, i serveixen com a equip de regulació de voltatge bàsic a les subestacions.

3. Xarxes de distribució
Dins de les xarxes de distribució, els-transformadors immersos en petroli redueixen encara més la tensió mitjana a nivells de baixa tensió (p. ex., 220 V, 380 V) adequats per al consum directe de l'usuari, permetent un subministrament d'energia generalitzat a les zones urbanes i rurals. Les seves propietats fiables d'aïllament i dissipació de calor garanteixen un lliurament d'energia segura i estable en entorns complexos.

4. Instal·lacions industrials
En entorns industrials pesats com la metal·lúrgia, el processament químic i la fabricació de maquinària, els equips de producció (per exemple, forns d'arc elèctric, motors grans) solen requerir energia a nivells de tensió específics amb fluctuacions de càrrega importants. Els transformadors immersos en oli-permeten una reducció precisa de la tensió des de nivells alts fins a tensions compatibles amb equips-a la vegada que suporten càrregues pesades instantànies, satisfent les estrictes demandes de la producció industrial.

 

Escenaris d'instal·lació típics per a transformadors de tipus-sec

La seguretat, el respecte al medi ambient i el disseny compacte dels transformadors de tipus sec-els converteixen en l'opció preferida per a escenaris específics, instal·lats principalment als entorns següents:
1. Edificis Comercials i Residencials
Els espais interiors, com ara edificis d'oficines, centres comercials i residències{0}}de gran alçada, exigeixen estàndards de seguretat contra incendis estrictes alhora que ofereixen un espai limitat. Els transformadors de tipus sec-es poden instal·lar directament a les sales de distribució de l'edifici, eliminant els riscos de fuites d'oli i no requereixen distàncies de separació d'incendis addicionals, el que els fa ideals per a dissenys d'edificis compactes.

2. Instal·lacions sanitàries
Hospitals, clíniques i entorns similars exigeixen una fiabilitat i seguretat energètiques estrictes, alhora que s'evita la contaminació del petroli en entorns mèdics. Els transformadors de tipus sec-funcionen silenciosament amb zero emissions contaminants, garantint un funcionament segur en interiors i una font d'alimentació estable per als equips mèdics.

3. Nuclis urbans i projectes subterranis
Escenaris com els CBD de la ciutat, el metro i els túnels de serveis subterranis inclouen espais confinats amb una alta densitat de personal i requisits extrems de prevenció d'incendis/explosions. Els transformadors de tipus sec-no presenten cap risc de combustió i presenten unes dimensions compactes, el que els fa adequats per a la instal·lació en espais subterranis confinats alhora que eviten la contaminació per fuites d'oli.

4. Àrees ambientalment sensibles
Les reserves naturals, les fonts d'aigua potable i els parcs industrials d'electrònica de precisió exigeixen estàndards ambientals estrictes amb tolerància zero als riscos de contaminació del petroli. El disseny-sense oli dels transformadors de tipus-sec compleix aquests requisits ambientals alhora que garanteix un subministrament elèctric fiable.

 

Factors clau en la selecció de transformadors de tipus oli-immersos i secs-

En el disseny d'enginyeria elèctrica, la selecció dels tipus de transformadors requereix una consideració exhaustiva dels requisits tècnics, les limitacions ambientals, els costos econòmics i altres factors. Els factors determinants bàsics inclouen:
1. Nivell de tensió i requisits de capacitat
Per a aplicacions de tensió mitjana--alta (35 kV o superior) i de gran capacitat (centenars de kVA o superior), es prefereixen els transformadors immersos en oli- a causa del seu rendiment superior de dissipació de calor i d'aïllament adequat per a demandes de càrrega-altes.

Per a aplicacions de baixa tensió (10 kV i menys) i de petita capacitat (per sota de centenars de kVA), els transformadors de tipus sec-compleixen adequadament els requisits alhora que ofereixen una major rendibilitat i compacitat.

2. Condicions ambientals d'instal·lació
Per a llocs a l'aire lliure,-a l'aire lliure o sales d'equipaments autònoms, es poden seleccionar transformadors-immersos en oli amb les mesures de prevenció d'incendis i de contenció de fuites.

Per a espais interiors, subterranis, zones densament poblades o zones ambientalment sensibles, s'han de triar transformadors de tipus sec-per mitigar els riscos per a la seguretat i el medi ambient.

3. Requisits de seguretat i medi ambient
En escenaris amb requisits de seguretat contra incendis estrictes (p. ex., hospitals, metro) o restriccions ambientals, els transformadors de tipus sec-són l'única opció.
Per a zones industrials a l'aire lliure, zones remotes o altres entorns amb limitacions de seguretat més baixes, els-transformadors immersos en oli ofereixen una millor rendibilitat-.

4. Costos de manteniment i cicle de vida
Quan els recursos operatius són limitats i es prioritzen els baixos costos de manteniment, els transformadors de tipus sec-són més avantatjoses (no cal fer proves de qualitat de l'oli ni substituir-los).

Per a un funcionament a llarg termini (-anys) on el manteniment periòdic és factible, els transformadors immersos en oli-ofereixen una vida útil més llarga i uns costos globals més baixos.

5. Limitacions d'espai i disseny
En espais reduïts amb dissenys compactes (p. ex., sales de distribució d'edificis), els transformadors de tipus sec-són l'opció preferida.
En escenaris amb un ampli espai que permeten sales d'equips dedicades, els transformadors-immersos en oli ofereixen una major flexibilitat d'instal·lació.

 

Especificacions bàsiques dels transformadors-immersos en petroli

Les especificacions dels transformadors-immersos en oli s'han d'ajustar amb precisió als escenaris d'aplicació. Els paràmetres tècnics bàsics inclouen:
1. Tensió nominal
Tensió d'entrada (tensió primària): generalment 10kV, 11KV, 13.8KV, 35kV, etc., per satisfer els requisits del sistema de transmissió i distribució;
Tensió de sortida (tensió secundària): personalitzada en funció dels requisits de càrrega aigües avall, com ara 10 kV, 0,4 kV (380 V), etc.

2. Especificacions de capacitat
Interval de capacitat estàndard: 10 kVA - 2500KVA; capacitats més grans disponibles per a aplicacions especialitzades.
La selecció de capacitat ha de tenir en compte el factor de càrrega (factor de càrrega operatiu recomanat habitualment del 70% al 80%) per evitar sobrecàrregues o malbaratament de capacitat.

3. Mètode de refrigeració
Refrigeració per circulació d'oli natural (ONAN): Apte per a capacitats petites i mitjanes (normalment 3150 kVA i per sota), amb una estructura senzilla i alta fiabilitat;
Refrigeració per aire de circulació forçada d'oli (OFAF): apta per a grans capacitats i escenaris de càrrega elevada{0}}, millora l'eficiència de refrigeració mitjançant bombes i ventiladors d'oli;
Refredament per aigua amb circulació forçada d'oli (OFWF): adequat per a transformadors ultra-grans o escenaris amb condicions de refrigeració limitades.

4. Impedància de curt-circuit
Interval típic: 4%-10,5%. Afecta els nivells de corrent de curt-circuits del transformador i la taxa de regulació de la tensió; s'ha d'adaptar a la capacitat de curtcircuit del sistema.

5. Nivell d'aïllament
Classificat segons l'estàndard GB/T 1094 en classificacions LI (tensió de resistència a l'impuls del llamp) i CA (tensió de resistència a la freqüència elèctrica), per exemple, LI95/AC35kV (transformador de classe 10kV-).

6. Tipus de tanc
Classificat pel mètode de contenció d'oli en tipus segellat i conservador d'oli (vegeu la secció 8 per a més detalls), afectant la resistència a la humitat i els requisits de manteniment.

 

Diferències d'aplicació entre els transformadors de tipus conservador i tancats hermèticament{0}}

El disseny de conservació d'oli dels transformadors-immersos en oli afecta directament la seva resistència a la humitat, els requisits de manteniment i la vida útil. Es classifiquen principalment en dos tipus: tancats hermèticament i tipus conservador-.

 

Els seus escenaris d'aplicació presenten diferents diferències:
1. Diferències estructurals i operatives
Transformadors tancats hermèticament: utilitzeu un disseny de tancs completament segellat, aïllant completament l'oli aïllant de l'aire extern. L'expansió tèrmica i la contracció de l'oli s'acomoden mitjançant la deformació elàstica pròpia del dipòsit (per exemple, els dipòsits corrugats), eliminant la necessitat d'un dispositiu de respiració.

Transformadors de tipus conservador-: inclouen un conservador independent (dipòsit d'oli) a la part superior del dipòsit, connectat a l'atmosfera mitjançant una vàlvula de respiració. Aquest conservador regula el nivell d'oli durant els canvis de temperatura, igualant la pressió dins i fora del dipòsit. La vàlvula de respiració incorpora un dessecant per evitar l'entrada d'humitat a l'oli.

2. Escenaris bàsics d'aplicació

Transformadors tancats hermèticament:
Adequat per a: aplicacions de baixa-tensió, mitjana-tensió (10 kV i menys), de petita-a-capacitat (normalment 1600 kVA o inferior);​
Escenaris ideals: instal·lacions interiors, entorns-espais restringits, zones ambientalment sensibles o configuracions que requereixen un manteniment mínim (p. ex., distribució remota);​

Avantatges bàsics: resistència a la humitat superior, sense necessitat de reposició periòdica d'oli d'aïllament, intervals de manteniment ampliats (normalment 5-10 anys) i sense risc d'oxidació d'oli.

 

Transformadors-omples d'oli:
Adequat per a: aplicacions d'alta -tensió (35 kV o superior), de gran- capacitat (2000 kVA o superior);
Ideal per a: instal·lació a l'aire lliure, funcionament a llarg-anys (20+ anys), escenaris de fluctuació de càrrega alta-(p. ex., centrals elèctriques, subestacions);

Avantatges bàsics: forta capacitat de regulació del nivell d'oli; els canvis de qualitat de l'oli controlats mitjançant un conservador d'oli, facilitant el mostreig periòdic, les proves i el manteniment; s'adapta a condicions climàtiques dures (per exemple, temperatures altes/baixes).

3. Criteris de selecció
Per a solucions "sense manteniment-compactes" amb requisits de tensió/capacitat més baixos, trieu transformadors segellats.
Per a aplicacions de "-fiabilitat a llarg termini, alta tensió/gran capacitat" on el manteniment periòdic sigui factible, seleccioneu transformadors conservadors d'oli.

 

Resum

Els transformadors-immersos en oli i els transformadors de tipus-sec no són alternatives mútuament excloents, sinó opcions complementàries basades en requisits específics d'aplicació.

 

Els transformadors-immersos en petroli dominen la infraestructura elèctrica bàsica, com ara les centrals elèctriques, les subestacions i les aplicacions industrials d'alta-càrrega a causa de la seva dissipació de calor superior i la seva compatibilitat amb alt-tensió. Mentrestant, els transformadors de tipus sec-destaquen en edificis interiors, projectes subterranis i zones ambientalment sensibles per la seva seguretat, eco-compatibilitat, compacitat i flexibilitat.

A l'hora de seleccionar el tipus òptim a la pràctica, s'han d'avaluar de manera exhaustiva factors com ara el nivell de tensió, els requisits de capacitat, l'entorn d'instal·lació, els estàndards de seguretat i mediambientals i els costos de manteniment.

 

Per als transformadors-immersos en oli, s'hauria de tenir més en compte els mètodes de segellat-per triar entre configuracions de tancs d'emmagatzematge segellats o d'oli-per garantir una alineació precisa entre l'equip i els escenaris d'aplicació.