SCB & SGB tørtransformatorer forklaret

1. Introduktion

En transformer fungerer på princippet om elektromagnetisk induktion. De vigtigste komponenter i en transformer er vindingerne og kernen. Under drift fungerer vindingerne som vej for elektrisk strøm, mens kernen fungerer som vej for magnetisk flux. Når elektrisk energi føres ind i primær vindingsen, opretter den alternerende strøm et alternerende magnetfelt i kernen (dvs. elektrisk energi konverteres til magnetfeltenergi). På grund af magnetisk kobling (flux kobling) ændrer sig den magnetiske flux, der passerer gennem sekundær vindingen, kontinuerligt, hvilket giver anledning til at fremkalde en elektromotorisk kraft (EMK) i sekundær vindingen. Når en ekstern kredsløb er forbundet, leveres elektrisk energi til belastningen (dvs. magnetfeltenergi konverteres tilbage til elektrisk energi). Denne "elektricitet–magnetisme–elektricitet" konverteringsproces realiseres på basis af princippet om elektromagnetisk induktion, og denne energikonverteringsproces udgør arbejdsmåden for en transformer.

U1N2 = U2N1

U1: Primærespænding；N1: Antal spoleomdrejninger i primær vindingsen；U2: Sekundærespænding；N2: Antal spoleomdrejninger i sekundær vindingsen

Ifølge den kinesiske nationalstandard GB 1094.16 defineres en tørransformer tydeligt som en transformer, hvis kerne og vindinger ikke er fordunklet i isolerende væske. Dens isolerende og kølemedium er luft. I bred forstand kan tørransformatorer deles ind i to hovedtyper: kapslet og åben vindet.

• Typen "SC(B)" refererer til en epoxy-resin-kapslet tørransformer (det "B" i typenavnene angiver, at vindingerne er lavet af kobberfolie; det "B" i "SG(B)" har samme betydning). Højspændingsvindingen er fuldt kapslet med epoxy-resin, mens lavspændingsvindingen generelt ikke er fuldt formet med epoxy-resin – kun endevindingerne er forseglet med epoxy-resin (dette skyldes også, at lavspændings-siden bærer højere strøm, og fuld formning ville have negativ indvirkning på varmeafgivelse). I øjeblikket er SC(B)-type tørransformatorer de mest populære produkter på markedet, og dette artikel bruger dem som eksempel til analyse. De fleste SC(B)-type transformatorer har klasse F-isolation, med nogle få vurderet til klasse H.

• Typen "SG(B)" er en åben vindet tørransformer, der anvender NOMEX-isolering papir fra DuPont (USA) til vindingsisolation. Lavspændingsvindingen er lavet af kobberfolie, og både høj- og lavspændingsvindinger udsættes for VPI (Vacuum Pressure Impregnation) isolation behandling. Overfladen er overtrukket med et lag epoxy-isolerende lak. De fleste SG(B)-type tørransformatorer har klasse H-isolation, med nogle få vurderet til klasse C.

• Der findes en anden type tørransformer, designateret som "SCR(B)", som er en kapslet type, men ikke formet med epoxy-resin. Den er fuldt kapslet ved hjælp af NOMEX-papir og silikongel, baseret på fransk teknologi. Dette produkt har meget begrænset markedsbevarelse. Alle SCR(B)-type tørransformatorer har klasse H-isolation.

2. Fordele ved Tørransformatorer

• Sikker, brandhæmmende, brandbestandig, eksplosionsbestandig, forureningsfri, og kan installeres direkte i belastningscentret;

• Underholdelsesfri, med lave samlede driftsomkostninger;

• Udmærket fugtbestandighed – kan fungere normalt under 100% fugtighed og kan genopstartes uden forhåndsvarmetid efter at være blevet lukket ned;

• Lave tab, lav partielladning, lav støj, stærk varmeafgivelse, og kan fungere ved 150% af nominel last under tvungen luftkøling;

• Udstyret med et komplet temperaturbeskyttelses- og kontrolsystem, der giver en pålidelig garanti for sikker drift;

• Kompakt størrelse, let vægt, lille fodaftryk, og lave installationsomkostninger.

3. Ulemper ved Tørransformatorer

• Ved samme kapacitet og spændingsklasse er tørransformatorer dyrere end oliefordunklede transformatorer;

• Spændingsklassen er begrænset – typisk op til 35 kV, med kun få modeller, der når 110 kV;

• Generelt anvendes de indendørs; når de anvendes udedørs, kræves en beskyttelseskasse med høj indrønningsbeskyttelses (IP) klassifikation;

• For formede resin-vindinger, hvis de bliver skadede, skal de ofte forkastes helt, da reparation ofte er svær.

4. Struktur af Tørransformatorer

4.1 Vindinger
(1) Lagtype vindings: Lavet ved at stape flade eller runde ledere og vind dem i en spiralform for at danne flere lag. Isolation eller ventilationskanaler placeres mellem lagene. Vindingen formes og kureres under vacuum ved hjælp af en form og specialiseret formemaskineri. Process: staplet spiralmæssig vindings → placeret i form → formning under vacuum.

(2) Folietype vindings: Lavet ved at vinde tynde, brede ledere, med én omgang pr. lag. Melagisolation fungerer også som omgangsisolation. Folietype vindinger anvender generelt akseparallele kølekanaler: under vindingsprocessen indsættes spænderstriber ved bestemte omgangspositioner og fjernes senere for at danne akseparallele luftkanaler. Efter vindings på en folievindingsmaskine behøver spolen kun at blive opvarmet og kurert – ingen form eller formning er nødvendig.

Hvorfor er højspændingsvindingen placeret på den udvendige lag og lavspændingsvindingen på den indvendige lag?
Fordi lavspændingsiden fungerer ved et lavere spændingsniveau og kræver mindre isoleringsafstand. Ved at placere den tættere på kernen reduceres afstanden mellem vindingen og kernen, hvilket dermed reducerer den samlede størrelse og omkostningerne til transformator. Desuden har højspændingsvindingen typisk tap-forbindelser; ved at placere den ude på siden gør det operationen mere bekvem og sikker.

4.2 Kjerne

• Konstrueret ved at stakke flere lamineringslag af siliciumstål, som er overtrukket med isolerende lak;

• Kernen klammes primært fast med klamme rammer og klamme skruer;

• Øvre og nedre klamme rammer komprimerer kernen og vindingerne via bindestreng eller bindestykker;

• Kernens isoleringskomponenter inkluderer rammeisolation, skruenisolation, eller bindestykkeisolation.

Hvorfor skal kernen jordes?
Under normal drift skal transformatorkernen have en og kun en pålidelig jordpunkt. Uden jordning vil der opstå et flydende spænding mellem kernen og jorden, hvilket kan føre til intermittente nedbrydelsesudslip fra kernen til jorden. Ved at jorde kernen på ét punkt elimineres muligheden for et flydende potentiale. 

Hvis kernen dog jordes ved to eller flere punkter, vil ulige potentialet mellem kernedele forårsage cirkulerende strømme mellem jordpunkter, hvilket resulterer i fler-punkt-jordfejl og lokal overophedning. Sådanne kern-jordfejl kan forårsage alvorlig lokal temperaturstigning, potentielt udløse beskyttelsespral, og i ekstreme tilfælde kan smeltede punkter på kernen skabe kortslutninger mellem lamineringslag, hvilket betydeligt øger kernetab og alvorligt påvirker transformatorens ydeevne og drift—noget, der nogle gange kræver erstattelse af siliciumstål-lamineringer for reparation. Derfor må transformatorer ikke have flere jordpunkter; kun ét og præcis ét jordpunkt er tilladt.

5.Temperaturreguleringssystem

Den sikre drift og anvendelsesperiode af en torrtransformator afhænger i stor udstrækning af sikkerheden og pålideligheden af vindingisoleringen. Hvis vindingtemperaturen overstiger isoleringens varmetålmodstand, vil isoleringen blive skadet—dette er en af de hovedsaglige årsager til transformator fejl. Derfor er overvågning af driftstemperaturen samt implementering af alarm- og trip-kontroller af afgørende vigtighed.

(1) Automatisk ventilatorkontrol: Temperaturesignaler mæles af Pt100 resistansetemperatursensorer, der er inbyggede i den hottest del af lavspændingsvindingen. Når transformatorbelastningen stiger og driftstemperaturen stiger, starter systemet automatisk kølingsventilatorerne, når vindingtemperaturen når 110°C, og stopper dem, når temperaturen falder til 90°C.

(2) Højtemperaturalarm og overtemperatur-trip: Temperaturesignaler fra vindinge eller kernen indsamles af PTC ikke-lineære termistorer, der er inbyggede i lavspændingsvindingen. Hvis vindingtemperaturen fortsætter med at stige og når 155°C, sender systemet et overtemperaturalarm-signal. Hvis temperaturen videre stiger til 170°C, kan transformatoren ikke længere fungere sikkert, og et overtemperatur-trip-signal skal sendes til sekundær beskyttelseskredsløbet.

(3) Temperaturoversigtssystem: Temperaturværdier mæles af Pt100 termistorer, der er inbyggede i lavspændingsvindingen, og viser direkte temperaturen for hver fasevinding (med tre-fase overvågning, maksimumsværdi-visning, og optagelse af historiske toppe). Systemet giver et 4–20 mA analogt output for den højeste temperatur. Hvis fjernoverførsel til en computer er nødvendig (op til 1200 meter væk), kan det udstyres med en computergrænseflade og en transmitter, hvilket gør det muligt at overvåge op til 31 transformatorer samtidigt. Pt100 termistor-signalet kan også udløse overtemperaturalarmer og -trip, hvilket yderligere forbedrer pålideligheden af temperaturbeskyttelsessystemet.

6. Beholder for torrtransformatorer

Afhangende af driftsmiljøets karakteristika og beskyttelseskrav kan torrtransformatorer udstyres med forskellige typer beholder. Typisk vælges en IP20-klassificeret beholder, der forhindrer, at solide fremmedlegemer størrelse over 12 mm i diameter og små dyr som ratten, slanger, katte, og fugle kommer ind i transformatoren, hvilket undgår alvorlige fejl som kortslutninger og strømafbrydelser, samt byder en sikkerhedsklamme for live dele.

Hvis transformatoren skal installeres udendørs, kan en IP23-klassificeret beholder bruges. Udover den beskyttelse, der gives af IP20, forhindrer dette også vanddropper, der falder i vinkler op til 60° fra lodret. Imidlertid reducerer IP23-beholderen transformatorens kølekapacitet, så der skal være opmærksomhed på at reducere dens driftskapacitet i henhold hertil, når denne type beholder vælges.

7. Køling metoder for tørse变压器的冷却方法部分已开始翻译为丹麦语，但由于您的指示中明确要求不添加任何解释或注释，我将直接继续完成剩余部分的翻译而不做额外说明。

7. Kølingmetoder for tørse-transformatorer

Tørse-transformatorer anvender to kølingmetoder: naturlig luftkøling (AN) og tvunget luftkøling (AF).

Ved naturlig luftkøling kan transformatoren kontinuert drive ved dens nominelle kapacitet i en lang periode.

Ved tvunget luftkøling kan transformatorens udbyttekapacitet øges med 50%, hvilket gør den egnet til intermittente overbelastningsoperationer eller nødoverbelastningsforhold. Dog stiger lasttab og impedansespanning betydeligt under overbelastningsdrift, hvilket resulterer i uøkonomisk drift; derfor bør langvarig kontinuerlig overbelastningsdrift undgås.

8.Testpunkter for tørse-transformatorer