Progettazione di trasformatori per uso minerario in applicazioni estrattive del carbone

L'estrazione del carbone è una fonte cruciale di approvvigionamento energetico in Cina, e i requisiti per i trasformatori utilizzati nelle miniere sono eccezionalmente elevati. Questi trasformatori devono non solo fornire l'energia essenziale per le operazioni di estrazione, ma anche assicurare che la loro operatività non comprometta la sicurezza della miniera. Considerando le attuali esigenze produttive delle miniere di carbone in Cina, vengono tipicamente utilizzati trasformatori a secco con resina epossidica come componente centrale, con modifiche appropriate nel design strutturale esterno.

Progettazione interna del trasformatore

L'involucro dei trasformatori utilizzati nelle miniere deve essere antiesplosivo. Il design strutturale di tali trasformatori si basa su calcoli elettromagnetici, focalizzandosi sulla riduzione delle perdite, sull'aumento della resistenza isolante e sul controllo dell'innalzamento termico. A causa delle limitazioni degli ambienti sotterranei, i trasformatori devono essere compatti e facili da trasportare e installare. Ciò può essere ottenuto ottimizzando il design del nucleo e delle avvolgimenti ad alta e bassa tensione.

Selezione del nucleo

Il nucleo dovrebbe essere realizzato con lastre di acciaio silicio laminato a freddo ad alta permeabilità magnetica. La superficie del nucleo è rivestita con resina epossidica e indurita per migliorare la resistenza all'umidità e alla corrosione. L'intero assemblaggio del nucleo è fissato con lastre e cinghie di acciaio a bassa permeabilità magnetica per ridurre il rumore. Oltre alla riduzione del rumore, il design deve affrontare anche l'innalzamento termico e il consumo energetico. Il nucleo dovrebbe essere progettato con una densità di flusso magnetico bassa per evitare la zona di espansione d'isteresi, riducendo così le perdite di energia a vuoto.

Progettazione degli avvolgimenti ad alta e bassa tensione

L'avvolgimento ad alta tensione adotta una struttura cilindrica, rinforzata con fibra di vetro tra i livelli, e racchiusa in resina epossidica per formare un insieme solido e robusto. L'avvolgimento dovrebbe essere fuso in sezioni per ridurre l'intensità del campo elettrico interno. Sono previsti canali di ventilazione longitudinali su entrambi i lati dell'avvolgimento per migliorare lo smaltimento del calore. L'avvolgimento a bassa tensione è realizzato con nastro di rame e anch'esso racchiuso in resina epossidica.

Progettazione dell'involucro del trasformatore

L'involucro del trasformatore deve resistere alle pressioni interne di esplosione e prevenire la fuoriuscita di gas esplosivi che potrebbero scatenare esplosioni o incendi su vasta scala nella miniera. Il materiale dell'involucro deve avere una forza meccanica eccezionale e buone proprietà di dissipazione del calore.

Considerazioni chiave del progetto

• Il materiale della resina epossidica deve essere rigorosamente controllato, utilizzando tipicamente l'isolamento di classe H. Dovrebbero essere inclusi additivi come promotori e agenti di polimerizzazione per far corrispondere il coefficiente di dilatazione termica della resina a quello del filo di rame, migliorando la conduttività termica, la forza meccanica e le prestazioni elettriche.

• Gli avvolgimenti dovrebbero essere fusi in un ambiente ad alta temperatura e sotto vuoto per assicurare che non rimanga umidità durante il processo di fusione.

• Dispositivi di raffreddamento, tipicamente canali di ventilazione, dovrebbero essere integrati vicino al nucleo e agli avvolgimenti durante la progettazione. In condizioni estreme, possono essere impiegati metodi di raffreddamento a olio o acqua per migliorare la dissipazione del calore interno.

• L'involucro antiesplosivo dovrebbe essere progettato anche pensando alla dissipazione del calore. Un design ondulato può essere utilizzato per aumentare la superficie, consentendo una dissipazione più rapida del calore interno.