Projektowanie transformatorów przeznaczonych do zastosowań w górnictwie węglowym

Górnictwo węglowe jest kluczowym źródłem zaopatrzenia w energię w Chinach, a wymagania dotyczące transformatorów wykorzystywanych w kopalniach są niezwykle wysokie. Te transformatory muszą nie tylko dostarczać niezbędne zasilanie do operacji górniczych, ale także zapewniać, że ich działanie nie naraża na niebezpieczeństwa związane z bezpieczeństwem w kopalni. Biorąc pod uwagę obecne potrzeby produkcji w kopalniach węgla w Chinach, zwykle używa się transformatorów suchych z epoksydową żywicą jako głównego komponentu, z odpowiednimi modyfikacjami w projekcie strukturalnym zewnętrznej części.

Projekt wewnętrzny transformatora

Obudowa transformatorów używanych w kopalniach musi być odporna na wybuchy. Projekt strukturalny takich transformatorów opiera się na obliczeniach elektromagnetycznych, skupiając się na zmniejszaniu strat, wzmacnianiu wytrzymałości izolacji oraz kontrolowaniu wzrostu temperatury. Ze względu na ograniczenia środowiska podziemnego, transformatory muszą być kompaktowe i łatwe do transportu i montażu. Można to osiągnąć poprzez optymalizację projektu rdzenia oraz owinięć wysokiego i niskiego napięcia.

Wybór rdzenia

Rdzeń powinien być wykonany z zimnorolowanej blachy krzemu o wysokiej przepuszczalności magnetycznej. Powierzchnia rdzenia jest pokryta żywicą epoksydową i stwardniona, aby zwiększyć odporność na wilgoć i korozję. Całe zestawienie rdzenia jest zaciskane płytkami i taśmami ze stali o niskiej przepuszczalności magnetycznej, co pozwala na zmniejszenie hałasu. Oprócz redukcji hałasu, projekt musi również uwzględniać wzrost temperatury i zużycie energii. Rdzeń powinien być zaprojektowany z niską gęstością natężenia indukcji magnetycznej, aby uniknąć strefy ekspansji hysteresis, co prowadzi do zmniejszenia strat energii przy bezobciążeniu.

Projekt owinięć wysokiego i niskiego napięcia

Owinie wysokiego napięcia ma strukturę cylindryczną, wzmocnioną szkłotkanką między warstwami, i jest zaklejane żywicą epoksydową, tworząc solidne i wytrzymałe zestawienie. Owinie powinno być lejowane w odcinkach, aby zmniejszyć intensywność pola elektrycznego wewnątrz. Na obu stronach owinięcia są zapewnione wentylacyjne kanały długie, które ułatwiają oddawanie ciepła. Owinie niskiego napięcia wykonane jest z folii miedzianej i również jest zaklejane żywicą epoksydową.

Projekt obudowy transformatora

Obudowa transformatora musi wytrzymać ciśnienia wewnętrzne spowodowane wybuchem i zapobiegać uwalnianiu gazów wybuchowych, które mogłyby wywołać wybuch lub pożar na całym obszarze kopalni. Materiał obudowy musi posiadać wyjątkową wytrzymałość mechaniczną oraz dobre właściwości oddawania ciepła.

Kluczowe zagadnienia projektowe

• Materiał żywicy epoksydowej musi być ścisły kontrolowany, zazwyczaj stosuje się izolację klasy H. Powinny być dodawane substancje pomocnicze, takie jak akceleratory i utwardzacze, aby dopasować współczynnik rozszerzalności termicznej żywicy do tego miedzi, co poprawia przewodność cieplną, wytrzymałość mechaniczną oraz właściwości elektryczne.

• Owinia powinna być lejowana w środowisku o wysokiej temperaturze i próżni, aby zapewnić brak wilgoci podczas procesu lejenia.

• Urządzenia chłodzące, zazwyczaj kanały wentylacyjne, powinny być zintegrowane w pobliżu rdzenia i owinięć podczas projektowania. W ekstremalnych warunkach mogą być stosowane metody chłodzenia olejem lub wodą, aby zwiększyć oddawanie ciepła wewnątrz.

• Odporna na wybuch obudowa powinna być również zaprojektowana z myślą o oddawaniu ciepła. Można użyć profilu falistego, aby zwiększyć powierzchnię, co umożliwia szybsze oddawanie ciepła wewnętrznego.