Explicatio transformatorum siccorum SCB & SGB

1. Introductio

Transformator operatur secundum principium inductionis electromagneticae. Principales partes transformatoris sunt spira et nucleus. In operatione, spira servit ut iter pro currente electrico, dum nucleus servit ut iter pro fluxu magnetico. Quando energia electrica imponitur ad spiram primariam, currentis alternans creat in nucleo campum magneticum alternans (id est, energia electrica convertitur in energiam campi magnetici). Propter nexus magneticus (nexus fluxus), fluxus magneticus per spiram secundariam continuenter mutatur, itaque inducens electromotivitatem (EMF) in spira secundaria. Quando circuitus externus connectitur, energia electrica traditur ad onus (id est, energia campi magnetici reconvertitur in energiam electricam). Hic processus conversionis "electricitas–magnetismus–electricitas" realizatur secundum principium inductionis electromagneticae, et hic processus conversionis constituit principium operationis transformatoris.

U1N2 = U2N1

U1: Tensio Primaria；N1: Numerus Volutionum Spirae Primariae；U2: Tensio Secundaria；N2: Numerus Volutionum Spirae Secundariae

Secundum normam sinicam GB 1094.16, transformator siccus clare definitur ut transformator cuius nucleus et spira non merguntur in liquido insulante. Medium insulantem et refrigerantem eius est aer. Lato sensu, transformatores sicci possunt dividi in duos principales typos: encapsulati et open-wound.

• Typus "SC(B)" referre ad transformator siccus funditus cum resina epoxy (littera "B" in designatione modello indicat quod spira facta est ex folio cupri; littera "B" in "SG(B)" habet idem significatum). Spira alta tensio totaliter encapsulatur cum resina epoxy, dum spira bassa tensio generaliter non totaliter funditur cum resina epoxy—solum volutiones terminales sigillantur cum resina epoxy (hoc etiam quia latus bassa tensio portat maiorem currentem, et funditus totaliter afficeret dispersionem caloris negativiter). Nunc, transformatores sicci typus SC(B) sunt productos mainstream in mercatu, et hoc articulus utitur eis exempli gratia. Plurimi transformatores sicci typus SC(B) habent insulationem classis F, cum paucis classificatis ad classis H.

• Typus "SG(B)" est transformator siccus open-wound qui utitur charta insulationis NOMEX ab DuPont (USA) pro insulatione inter volutiones. Spira bassa tensio facta est ex folio cupri, et ambo spira alta et bassa tensio subiiciuntur tractamento insulationis VPI (Vacuum Pressure Impregnation). Superficies tincta est strato varnish insulantis epoxy. Plurimi transformatores sicci typus SG(B) habent insulationem classis H, cum paucis classificatis ad classis C.

• Est alius typus transformatoris sicci, designatus "SCR(B)", qui est typus encapsulatus sed non funditus cum resina epoxy. Totaliter encapsulatur utendo charta NOMEX et gel silicis, secundum technologiam gallicam. Hoc productum habet demandam mercati valde limitatam. Omnes transformatores sicci typus SCR(B) habent insulationem classis H.

2 Advantages of Dry-Type Transformers

• Sicurus, ignifugus, incendio-proof, explosio-proof, sine pollutione, et potest directe installari in centro onus;

• Exemptus a maintenance, cum costibus operativis globalibus minimis;

• Excellentia resistendi umiditati—potest operari normaliter sub humectate 100% et potest rursus energizari sine praedrying post cessationem;

• Perdites minima, emissio partialis minima, sonitus parvus, fortis dissipatio caloris, et capax operari ad 150% onus nominale sub conditionibus refrigerationis aere forzata;

• Equipatus systemate protectionis et controlis temperature comprehensivo, praebebat securitatem fidelem pro operatione sicura;

• Diminutus in magnitudine, levis in pondere, parvus in superficie, et parva in costibus installationis.

3.Disadvantages of Dry-Type Transformers

• Sub eadem capacitate et rating tensionis, transformatores sicci sunt cariores quam transformatores olei-immersi;

• Rating tensionis limitatus—typice usque ad 35 kV, cum paucis modellis attingentibus 110 kV;

• Generaliter usus intus; quando usus foris, requiritur enclosure protectiva cum rating ingress protection (IP) alto;

• Pro spiris funditis cum resina, si damni, saepe oportet ut totaliter scrappentur, quia reparatio saepe difficile est.

4. Structura Transformatorum Siccorum

4.1 Spira
(1) Spira strata: Facta ex conductoribus planis vel rotundis stackatis et windatis in pattern helicoidali formando plures strata. Insulationes vel ductus ventilationis collocantur inter strata. Spira funditur et curatur sub vacuo utendo forma et equipmento casting speciali. Processus: winding helicoidalis stackata → collocata in formam → casting sub vacuo.

(2) Spira foliata: Facta ex winding conductoribus tenuibus et latissimis, cum una volutione per stratum. Insulatio interstratalis servit etiam ut insulatio inter volutiones. Spira foliata generaliter utuntur ductibus refrigerationis axiales: in winding, strips spacers inseruntur in positionibus volutionum designatis et postea removetur formare canales aereos axiales. Post winding in machina winding foliata, coil tantum oportet esse calefacta et curata—non opus est forma vel casting.

Cur ergo involucrum alta tensio in strato exteriori ponitur et involucrum bassa tensio in strato interiori?
Quia pars bassa tensio operatur ad tensio minore et exiget spatium insulatum minus, eius collocatio propius nucleum reducit distantiam inter involucrum et nucleum, itaque minuit magnitudinem totalem transformatoris et costum. Praeterea, involucrum alta tensio saepe habet connectiones tap; eius collocatio in exteriorem facit operationem commodior et tutior.

4.2 Nucleus

• Construitur per superpositionem multarum laminarum ferri silicis obductarum vernice insulante;

• Nucleus praecipue clauditur per frames claudentes et clavos claudentes;

• Frames claudentes superior et inferior comprimunt nucleum et involucra per vinctores vel placas vinctorias;

• Componentes insulantes nuclei includunt insulam frame, insulam clavi, vel insulam plae vinctoriae.

Cur nucleus terrari debet?
Dum operatur normaliter, nucleus transformatoris unum et unicum punctum terrae fideliter habere debet. Sine terra, voltus fluitans inter nucleus et terram oriri potest, ducens ad disiecturas intermittentes ab eodem ad terram. Terrando nucleus in uno puncto possibilitatem voltus fluitantis eliminat. 

Si tamen nucleus terratur in duobus aut pluribus punctis, potentiales inaequales inter partes nuclei causabunt circulare cursus inter puncta terrae, resultantes in defectibus terrae multipunctis et calefactione locali. Huiusmodi defectus terrae nuclei graves calefactiones locales possunt causare, potenter provocantes tripudia protectiva. In extremis, maculae fusae in nucleo creant circuitus breves inter laminas, significanter incrementantes perditationes nucleorum et graviter affectantes operationem et performance transformatoris—interdum requiritur substitutio laminarum ferri silicis pro reparatione. Propterea, transformatores non debent habere plura puncta terrae; unum et exacte unum punctum terrae permittitur.

5. Systema Controlis Temperaturae

Operatio tuta et vita utendi transformatore sicci magnopere dependet a securitate et fiducia insulationis involucrorum. Si temperatura involucrorum excedit limitem thermalem sustinendi insulationis, insulatio laeditur—huiusmodi est una principiarum causarum defectus transformatoris. Ergo, monitorium operativae temperature et implementatio controlis alarmi et tripudii criticam importantiam habent.

(1) Controlis automatica fanorum: Signalia temperaturae mensurantur per detectores resistentiae Pt100 immersos in parte calidissima involucrorum bassa tensio. Dum onus transformatoris crescit et temperaturae operativae elevatur, systema automaticamente ventilatores refrigerantes incipit quando temperatura involucrorum attingit 110°C, et cessat eos quando temperatura decrescit ad 90°C.

(2) Alarmus altotemperaturae et tripudium supra-temperaturae: Signalia temperaturae ab involucris aut nucleo colliguntur per PTC thermistores nonlineares immersos in involucro bassa tensio. Si temperatura involucrorum continuat crescere et attingit 155°C, systema signali alarmi supra-temperaturae emittit. Si temperatura ultra crescat ad 170°C, transformator iam non potest operari secure, et signali tripudii supra-temperaturae ad circuitum protectionis secundariae mitteri debent.

(3) Systema ostensionis temperature: Valores temperature mensurantur per thermistores Pt100 immersos in involucro bassa tensio et directe ostendunt temperaturem singuli involucrorum phasalis (cum monitore triphasico, ostensione valoris maximi, et registratione historica culminis temperature). Systema praebet output analogum 4–20 mA pro maxima temperatura. Si transmissio remota ad computatorem requiritur (usque ad 1200 metrorum), potest instruere cum interface computatoria et uno transmittere, simulque usque ad triginta et unum transformatores monitores. Signali thermistoris Pt100 possunt etiam trigger alarmi supra-temperaturae et tripudia, amplificantes ulterius fiduciam systematis protectionis temperature.

6. Involucrum Transformatorum Siccorum

Ex characteribus ambientis operativi et requirementibus protectionis, transformatores sicci possunt equipari diversis typis involucrorum. Saepissime, involucrum IP20 graduatus selectum fit, quod prohibet corpora solidalia maioribus quam 12 mm diametro et animalia parva sicut ratti, serpentes, cattos, et aves intrare transformatorium, itaque evitans defectus severos sicut circuitus brevis et deficiencias electricitatis, et praebens barriera securitatis partibus vivis.

Si transformator extrinsecus instaurari debet, involucrum IP23 graduatus uti potest. Praeter protectionem offertam a IP20, prohibet etiam guttas aquae cadentes ad angulos usque ad 60° a directione verticali. Tamen, involucrum IP23 capacitas refrigerae transformatoris minuit, ergo attentionem oportet ad derationem capacitatis operativa cum hoc typo involucrorum eligendo.

7. Methodi Refrigerationis Transformatorum Secundae Speciei

Transformatores secundae speciei duos methodos refrigationis adhibent: aeris curationem naturalem (AN) et aeris curationem coactam (AF).

Sub aeris curatione naturali, transformator potest operari continue ad suam capacitatem nominalem per longum tempus.

Sub aeris curatione coacta, capacitas output transformatoris potest crescere per 50%, id aptum faciens pro operatione supercarga intermittenti aut conditionibus supercargae emergentibus. Tamen, durante operatione supercargae, pericula oneris et voltus impedimenti significantiter crescunt, resultans in operationem inoportuna; ideo, operatio supercargae continua prolongata evitanda est.

8. Examina Pro Transformatoribus Secundae Speciei

• Mensura resistivitatis directae circuitorum:
  Examinat qualitatem sunctionis conductorum internorum, conditionem contactus inter changers tabulatos et leads, et utrum resistivitates phasium sint inaequales. Generaliter, imbalancium resistance line-to-line non debet excedere 2%, et phase-to-phase imbalancium non debet excedere 4%. Imbalancium excessiva resistivitatis directae potest causare circulitum currentes inter tres phasium, augens pericula circulitum currentis et ducens ad effectus inopportunos sicut supercalor transformatoris.

• Examina ratio voltage in omnibus positionibus tabulatis:
  Verificat utrum numerus spirearum sit correctus et utrum omnes connectiones tabulatas sint recte coniectae. Quando applicatur 1000 V ad partem alta-voltus (et suas varias tabulas), examinatur utrum transformator emittat circa 400 V in parte bassa-voltus.

• Examina connectionem gruppi circuitorum triphasium et polaritatem.

• Mensura resistivitatis insulationis fastigiorum insulatorum et ipsius ferriti.

• Mensura resistivitatis insulationis circuitorum:
  Evaluat nivellum insulationis inter circuitos alta-voltus, bassa-voltus, et terram. Generaliter, usatur megohmmeter 2500 V, et mensuratae sunt valores resistivitatis insulationis (HV–LV, HV–terra, LV–terra) qui debent excedere valores standard specificatos.

• Examini dielectrici circuitorum:
  Assessat fortitudinem principalem insulationis inter HV, LV, et terram via testing dielectrici. Hoc examen decisivum est in detectando defectus localizatos introducentes durante manufactura. Pro transformatoribus secundae speciei, testes voltages typici sunt: 35 kV pro circuitu 10 kV et 3 kV pro circuitu 0.4 kV, unusquisque applicatus per 1 minutum sine rumpimento ut acceptabile consideretur.

• Testes commutationis et interlock circuit breakers in omnibus lateribus transformatoris:
  Verificat fiduciam operationum relays protectionis et confirmat ut instrumenta commutationis sint integra et libera ab defectibus.

9. Test Impulsus (Inrush) Commutationis

(1) Quandocunque disjungitur transformator vacuus, overvoltage commutationis potest occurrere. In systematibus electricis cum neutro non groundatum vel groundatum per coil arc-suppression, magnitudo overvoltage potest attingere 4–4.5 vices voltage phase; in systematibus cum neutro directe groundato, potest attingere usque ad 3 vices voltage phase. Ut verificetur utrum insulationis transformatoris possit sustinere voltage plenum vel overvoltage commutationis, testus impulsus requiritur.

(2) Energizare transformatoris vacui producit currentem magnetizationis inrush, qui potest attingere 6–8 vices currentem nominalem. Currentis inrush decrescit rapidissime initio—typice reducendo ad 0.25–0.5 vices currentem nominalem intra 0.5–1 secondum—sed completus decrementus potest durare multo diutius, usque ad decenas secondorum pro transformatoribus magnae capacitatis. Owing to the large electromagnetic forces generated by inrush current, the impulse test is performed to evaluate the mechanical strength of the transformer and to assess whether protective relays might maloperate during the early decay phase of inrush current.
Generaliter, transformator noviter installati subit 5 tests impulsionis, dum transformator reparationis subit 3 tests impulsionis.

10. Test Vacui

Scopus testus vacui est:

• Mensura perditionis vacuae et currentis vacui transformatoris;

• Verificatio utrum design et manufactura ferriti sint ad normas technicas et standards;

• Detectio defectuum ferriti sicut calorem localem excessivum vel insulationem localem mala.

Durante testo, pars alta-voltus est open-circuited, et voltage nominale applicatur parti bassa-voltus. Perditio vacua est principaliter perditio ferriti (ferrum).

Defectus detectabiles per testum vacuum includunt:

• Insulationem malam inter laminae silicon steel;

• Circuitus locales breves aut damnum ustionis inter laminae ferriti;

• Insulationem defectam in ferriti-through bolts, steel binding straps, clamping plates, upper yokes, etc., causantia circuitus breves;

• Laminae silicon steel laxes, misaligned aut air gaps excessivi in circuitu magnetico;

• Multi-point grounding ferriti;

• Circuitus breves inter-turn aut inter-layer in circuitis, aut turns inaequales in branchis parallelis causantes imbalancium ampere-turn;

• Usus laminae silicon steel high-loss, low-quality aut errores in calculis design.

11.Test Circuito Breve

Testus circuitus brevis primarie metitur perdidam circuitus brevis et impedimentum. Fit ad inaugurandum ut verificet structuram spirentium, et post substitutionem spirentium ut examinet deviationes significativas ab prioribus resultatis testuum.

Fons potentiae testualis potest esse triphasalis vel uniphasalis, applicatus lateri alto voltaginis, dum latus minus voltaginis est circuitu brevi. Durante testo, currentus lateris alti elevatur ad valorem eius nominalem, et currentus lateris minoris controlatur ut maneat ad currentem nominalem.

12. Gerendo Conditiones Abnormes Transformatorum Typi Siccitatis

12.1 Sonitus Abnormalis Transformatoris

• Sonitus mechanicus causatus ab:

• Bolli claudendi nucleo soluti;

• Deformatione angulorum nucleorum propter maltractationem durante transportu vel installatione;

• Corpore alieno pontificante partes nucleorum;

• Screwis fixationis flabellorum solutis vel corpore alieno intra flabellum;

• Screwis fixationis thecae solutis causantibus vibrationem et sonitum panelis;

• Screwis fixationis busbaris voltaginis minus solutis vel defectu connectionis flexibilis, ducens ad vibrationem et sonitum.

• Voltagini suppleti nimis alta, causans superexcitationem et sonitum huminum fortius.

• Sonitus ex harmonics ordinis superioris: irregularis in figura—variabilis in volumine et intermittenter praesens. Principaliter causatus ab apparatibus generantibus harmonicas (ex. fornaces electricae, rectificatores thyristor) a parte suppletoria vel oneris retrodactis in transformatorium.

• Factores ambientales: cella transformatorii parva cum parietibus laevibus creans effectum resonantis "boxae loquacis", amplificans sonitum perceptum.

12.2 Indicatio Temperaturae Abnormalis

• Sensor non insertus in foramen posteriori unitatis indicationis temperaturae—lumen indicatoris deficiens illuminatur;

• Connexio soluta ad plugam sensoris auctificat resistentiam, causans lecturas temperaturae falsissime altas;

• Lectura infinita temperaturae unius phasis indicat circuitum apertum in filo resistivitatis platinico sensoris;

• Lectura abnormaliter alta unius phasis suggere statum partialiter ruptum (intermittentem) resistivitatis platinicae.

Transformatorium operatur ex principio inductionis electromagneticae. Principales componentes transformatorii sunt spira et nucleus. Durante operatione, spira servit ut via currentis electrici, dum nucleus servit ut via fluxus magnetic. Quando energia electrica inputur in spiram primariam, currentus alternans creat campum magneticum alternans in nucleo (id est, energia electrica convertitur in energiam campi magnetic). Propter nexus magneticum (fluxus magnetici), fluxus magneticus transiens spiram secundariam continue variat, itaque inducens motum electromotivum (EMF) in spira secundaria. Cum circuitus externus connectitur, energia electrica traditur oneri (id est, energia campi magnetici revertitur in energiam electricam). Hoc processus conversionis "electricitas–magnetismus–electricitas" realisatur ex principio inductionis electromagneticae, et hic processus conversionis constituit principium operativum transformatorii.