ინოვაციური და სტანდარტული ბურთულების კონსტრუქციები 10kV მაღალგართულობის მაღალხანგრძლივობის ტრანსფორმატორებისთვის

1. 10 კვ-იანი კლასის მაღალი ძაბვის და მაღალი სიხშირის ტრანსფორმატორების ინოვაციური გა winding სტრუქტურები

1.1 ზონური და ნაწილობრივ დამუშავებული გამჟღავნებული სტრუქტურა

• ორი U-ფორმის ფერიტული ბირთვი ერთმანეთს ერწყმის მაგნიტური ბირთვის ერთეულის შესაქმნელად, ან შემდეგ შედგება მიმდევრობით/პარალელური ბირთვის მოდულებისგან. პირველადი და მეორადი ბობინები შესაბამისად მონტაჟდება ბირთვის მარცხენა და მარჯვენა პირდაპირ ფეხებზე, ხოლო ბირთვის შემოერთების სიბრტყე მსახობს საზღვრის ფენას. ერთი და იმავე ტიპის გა winding ები ერთ მხარეს იქნება გროვილი. გა winding ის მასალად უმჯობესია Litz გამტარის გამოყენება მაღალი სიხშირის დანაკარგების შესამსუბუქებლად.

• მხოლოდ მაღალი ძაბვის გა winding (ან პირველადი) არის სრულად დამუშავებული ეპოქსიდური სმესით. PTFE ფორთოხალი ჩადებულია პირველადის და ბირთვის/მეორადის შორის საიზოლაციო დაცვის უზრუნველყოფის მიზნით. მეორადის ზედაპირი შემოვლილია დიელექტრიკული ქაღალდით ან ლენთით.

• გა winding ებს შორის და მარცხენა და მარჯვენა ფეხებზე მოთავსებული მეორადი გა winding ების შორის არსებული გამჟღავნების არხების (სივრცეების), ასევე მაგნიტური ბირთვების შორის დატოვებული სივრცეების შენარჩუნებით, ეს კონსტრუქცია მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს თბოგამოტაცებას, ამცირებს წონას და ღირებულებას, ხოლო დიელექტრიკული სიმტკიცის შენარჩუნებით — რაც ხდის მას შესაფერის 10 კვ-ზე მეტი იზოლაციის მოთხოვნების მქონე გამოყენებებისთვის.

1.2 მოდულური დიზაინი და განივი ველის ელექტრული დაცვა Litz გამტარის გამოყენებით

• მაღალი და დაბალი ძაბვის გა winding ის მოდულები ცალ-ცალკე არის დამუშავებული და შემდეგ მონტაჟდება ბირთვის ერთეულზე. მოდულებს შორის შენარჩუნდება ჰაერის სივრცეები მონტაჟის და გაგრილების გასაუმჯობესებლად, ხოლო დაზიანებული მოდულები შეიძლება შეცვალდეს ცალ-ცალკე გამართვის დროს, რაც ამაღლებს შეკვეთადობას.

• მაღალი ძაბვის გა winding ის ორივე შიდა და გარეთა მხარეს შემოტანილია განივი ველის დაცვის ფენები გამოყენებით გამოყენებით მიმდევრობით შეერთებული Litz გამტარის. ეს შეზღუდავს მაღალი სიხშირის ელექტრულ ველს ძირითადად მაღალი დიელექტრიკული სიმტკიცის მქონე ეპოქსიდით დამუშავებულ რეგიონში, მნიშვნელოვნად ამცირებს ნაწილობრივი განტვირთვის (PD) რისკს გა winding ების ზედმეტი გაშლის გარეშე, რომელიც მხოლოდ ელექტრული ველის ჩასახშობად იქნებოდა საჭირო.

• Litz გამტარის დაცვის ფენა შეიძლება იყოს ღია წრედით ერთწერტილოვანი გრუნტით, რაც უზრუნველყოფს ელექტრული ველის ფორმირებას და თავიდან ავლებს მნიშვნელოვან ცირკულაციული დენების დანაკარგებს. შენარჩუნდება გა winding ებს შორის და ბირთვს შორის გამჟღავნების არხები, რაც საშუალებას აძლევს ნახევრად გამჟღავნებულ გაგრილებას და მინიატურიზაციას ერთდროულად.

1.3 დახრილი გა winding ები და ელექტრული ველის ფორმირება

• კოაქსიალური ნაგულები და დახრის რიგები დამატებულია იზოლაციურ ბობინზე, რათა პირველადი და მეორადი გა winding ები იყოს შენახები „სეგმენტურ ჯგუფებში“. ეს მნიშვნელოვნად ამცირებს ფენებს შორის ძაბვის გრადიენტს და ეკვივალენტურ პარაზიტულ ტევადობას, ამცირებს გამტარ ელექტრომაგნიტურ ხახუნს და აუმჯობესებს ძაბვის განაწილების თანაბრობას.

• სეგმენტების რაოდენობა n და ფენების რაოდენობა განისაზღვრება ანალიტიკური ან ემპირიული ფორმულებით (მაგ., n = −15.38·lg k₁ − 18.77, სადაც k₁ არის პირველადი/მეორადი თვითტევადობების და ურთიერთტევადობების შორის უმცირესი მნიშვნელობა), რაც აღწევს ოპტიმალურ ბალანსს მოცულობას, გაჟონვის ინდუქციურობას და პარაზიტულ ტევადობას შორის — იდეალურია მაღალი სიმძლავრის, მაღალი ძაბვის და მაღალი სიხშირის მუშაობისთვის.

1.4 კომპოზიტური გა winding ები და ინტეგრირებული წყლით გაგრილება

• ბირთვი გაყოფილია ორ გა winding ის ზონად. გამოყენებულია კომპოზიტური გა winding ის მიდგომა: პირველი კომპოზიტური გა winding (მაგ., პირველადი) გა winding დება შიდა ზედაპირიდან გარეთ, ხოლო გამოტანები ინახება; შემდეგ, მეორე ზონაში, მეორე კომპოზიტური გა winding (მაგ., მეორადი) გა winding დება შებრუნებული მიმართულებით შენახული გამოტანების გამოყენებით. ეს გაფართოებს ფენებს შორის სივრცეებს და ამცირებს ნარჩენ მუხტს, რაც ამაღლებს მაღალი ძაბვის საიმედოობას და სიცოცხლის ხანგრძლივობას.

• გამოტოვების ხვრელები გაკეთდება გარე ბირთვის კედელზე რომ შეიმუშაოს კონტაქტის გარეშე წყლით გაგრილების არხები, რაც აუმჯობესებს თერმულ მახასიათებლებს მონტაჟის დროს მექანიკური დაზიანების რისკის გარეშე. კომპოზიტური იზოლაცია იყენებს PI/PTFE ფენილებს დალაგებულს საფეხურებისებურ კონფიგურაციაში, რათა უზრუნველყოფილი იყოს საკმარისი ბილიკის მანძილი და მაღალი ხარისხის დამუშავებული სავსები.

1.5 ახალი გა winding ის ტექნიკები და დანაკარგების კონტროლის გზები

შემოტანილია PDQB (Power Differential Quadrature Bridge) გა winding ის ტექნოლოგია: ოპტიმიზებული გა winding ის ტოპოლოგიით და განლაგებით, კანეფექტი და მომიჯნავე ეფექტები — და შესაბამისად მაღალი სიხშირის დანაკარგები — მნიშვნელოვნად ჩაისაფრება. ეს აღწევს 99.5%-ზე მეტ კავშირის ეფექტიანობას შეტყობინებულ შემთხვევებში, ასევე 10 კვ-იანი იზოლაციის შესაძლებლობას, კონტროლირებად გაჟონვის ინდუქციურობას და დაბალ განაწილებულ ტევადობას — რაც ხდის მას შესაფერის მორგებული 30–400 კვტ, 4–50 კჰც მაღალი ძაბვის და მაღალი სიხშირის გამოყენებებისთვის.

2. 10 კვ-იანი კლასის მაღალი ძაბვის და მაღალი სიხშირის ტრანსფორმატორების გა common სტრუქტურები

2.1 ძირეული გა winding ის კონფიგურაციები და გამოყენების სცენარები

• მრავალფენიანი ცილინდრული: დამწუხრებული წარმოების პროცესი; ინტერფენური იზოლაციის და გაგრილების არხების ჩასმა მარტივია; შესაფერისია საშუალო-მაღალი ძაბვის უწყვეტი გა winding ებისთვის.

• მრავალსეგმენტური ფენიანი: რამდენიმე აქსიალური სეგმენტი გამოყოფილია იზოლაციური ქაღალდის რგოლებით; ეფექტურად ამცირებს ფენებს შორის ძაბვის გრადიენტს და ველის კონცენტრაციას; ხშირად გამოიყენება მაღალი ძაბვის გა winding ებში ნაწილობრივი განტვირთვის შესამსუბუქებლად.

• უწყვეტი (დისკური): შედგება რამდენიმე დისკისებური ნაწილისგან, რომლებიც აქსიალურად დალაგებულია; გაძლებს კარგ მექანიკურ სიმტკიცეს და თერმულ მახასიათებლებს; შესაფერისია მაღალი სიმძლავრის/მაღალი ძაბვის გამოყენებებისთვის.

• ორმაგი დისკი: ორი დისკი ერთ ჯგუფში, შეერთებული მიმდევრობით/პარალელურად; იდეალურია მაღალი დენის ან სპეციალური მიზნის მაღალი ძაბვის გა winding ებისთვის.

• ჰელიკსური: ერთმაგი/ორმაგი/ოთხმაგი ჰელიკსი; მარტივი სტრუქტურა; შესაფერისია მაღალი დენის დაბალი ძაბვის გა winding ებისთვის ან დატვირთვის დროს შეერთების გადართვის გა winding ებისთვის; შეზღუდულია სავერტყლეების რაოდენობაში.

• ალუმინის ფოლის ცილინდრული: თითო ხტი ყოველი შრიფში ალუმინის ფოლით; მაღალი სივრცის გამოყენება და ავტომატიზებადი; კარგია პატარა-საშუალო სიმძლავრის ნაკრებებისთვის.

ეს არის სტანდარტული სიმძლავრის ნაკრებების სტრუქტურები ელექტროენერგიის ტრანსფორმატორებში და ხშირად ადაპტირებული ან გაუმჯობესებული არის 10 kV-კლასის სიმძლავრის სიმართლის ტრანსფორმატორებისთვის იზოლაციის და თერმიკის პარამეტრების გაუმჯობესებისთვის.

2.2 ტიპიური ნაკრების ლაიაუტები და პროცესები სიმძლავრის სიმართლის სიმართლის აპლიკაციებისთვის

• კონცენტრიული ცილინდრული (შრიფული) ლაიაუტი: სიმძლავრის ნაკრები შიგნით, დაბალი სიმძლავრის გარეთ (ან პირიქით); მრავალშრიფიანი დიზაინი შრიფებს შორის იზოლაციით მაღალი პოტენციალური განსხვავებების დანერგვისთვის; სეგმენტური ლაიაუტი შეიძლება გამოიყენოს ელექტროსტატიკური ველის დანერგვის და PD პერფორმანსის უკეთესი განაწილებისთვის.

• სეგმენტირება და შეკრება: სიმძლავრის ნაკრები დაყოფილია რამდენიმე კოილად და არასწორი/სეგმენტური ლაიაუტით შრიფებს შორის ვოლტაჟის გრადიენტის და პარასიტური კაპაციტანსის შემცირებისთვის, EMI-ს ჩამწიფების და ვოლტაჟის ერთმანეთით სათანადობის გაუმჯობესებისთვის.

• ფარადეის და ელექტროსტატიკური იზოლაცია: კოპერის ფოლი ან კონდუქტიური შრიფები ადგილებში ან ნაკრებების გარშემო და ერთი წერტილიდან დაკავშირებული მისამართი კომონ-მოდუს კაპაციტანსის და კუპლინგ ნოიზის შემცირებისთვის; იზოლაცია უნდა შეესაბამებოდეს ნაკრების სიგანეს და გარეშე იქნება ბრუნველი ზედაპირები, რომლებიც შეიძლება იზოლაციის პროდუქტს დაჭრას.

• კონდუქტორების და ქულის სიმკვრივის ოპტიმიზაცია: Litz სიმები, სტრანდული კონდუქტორები ან კოპერის ფოლი პრეფერირდება სიმძლავრის/მაღალი ქულის სექონდარებისთვის სკინის/პროქსიმალური ეფექტების დასაჭრელად, AC რეზისტენციის (Rac) და კოპერის კარგის შემცირებისთვის; ქულის სიმკვრივი (J) და ტემპერატურის ზრდა კონტროლირდება ფანჯრის და სიცოცხლის რეგულაციების ზღვებში.

• იზოლაცია და კრიპეიჯის დიზაინი: ბარიერების, ბოლოს დასახლების, სლივის ტერმინალების და კომბინირებული შრიფებს შორის/ნაკრებებს შორის იზოლაციის გამოყენება; კრიპეიჯის დისტანცია და კლირენსი დიზაინირდება დაბინძურების ხარისხისა და ვოლტაჟის კლასის მიხედვით; ვაკუუმის იმპრეგნაცია/პოტინგი შეიძლება გამოიყენოს დიელექტრიკული ძალის და თერმალური კონდუქტივიტეტის გაუმჯობესებისთვის.

ეს ლაიაუტები და პროცესები მიუთითებენ იზოლაციის დონეს, პარასიტური პარამეტრების და სიმძლავრის რეიტინგის ბალანსირებაზე—საჭირო დასარწმუნებლად ნადежი 10 kV იზოლაციის საინჟინრო პრაქტიკაში.

2.3 სიმძლავრის სექონდარული გამოყენების მეთოდები (მკაცრად დამოკიდებული ნაკრების სტრუქტურაზე)

• ვოლტაჟის მრავალმაგი რექტიფიკაცია: რექტიფიკატორის მხარეს მრავალფაზიანი ვოლტაჟის დაკვრა დაინტენსებს ვოლტაჟის დაჭრას და პარასიტური კაპაციტანსს ნაკრების თითოეული ეტაპის შემცირებისთვის, იზოლაციის დიზაინს ხელსაწყობს. თუმცა, ის მიმართულია ტვირთის ტრანსიენტებს/მოკლე ცირკუიტებს და სურგუნის ქულებს. პრაქტიკაში, ჩვეულებრივ არ იყენებენ მეტს მარტივად და მითითებული იქნება ქულის შეზღუდვის და დაცვის სტრატეგიები.

• სერიული/პარალელური კომბინაცია: სექონდარი დაყოფილია რამდენიმე კოილის პაკეტად, რომლებიც შეერთებული არიან სერიულად/პარალელურად რექტიფიკატორის შემდეგ სასურველი ვოლტაჟის/სიმძლავრის მისაღებად. ყველა პაკეტი იზარის იგივე მაგნიტურ რეზონანსში, რაც ფაქტორიალური დიზაინისა და ვოლტაჟის ბალანსირების საშუალებას აძლევს—იდეალური არის მაღალი სიმძლავრის გამოტანისთვის.

ორივე მეთოდი ითხოვს ინტეგრირებულ დიზაინს ნაკრების სეგმენტაციით, იზოლაციით და იზოლაციის ფანჯრებით ვოლტაჟის დაჭრის, ეფექტურობის, EMI-ს და თერმალური პერფორმანსის ბალანსირებისთვის.

2.4 სტრუქტურის შერჩევის განახლება (სწრაფი საინჟინრო რეფერენცია)

• ელექტროსტატიკური ველის ერთმანეთით სათანადობის და PD კონტროლის პრიორიტეტიზაცია: სეგმენტური ან წრეფი (დისკური) სიმძლავრის ნაკრებების პრეფერირება, კომბინირებული ფარადეის იზოლაციით, ბოლოს დასახლებით და ბარიერებით; ვაკუუმის იმპრეგნაცია/პოტინგი რეკომენდებულია როცა საჭიროა.

• მაღალი ქულის და დაბალი კოპერის კარგის პრიორიტეტიზაცია: Litz სიმები ან კოპერის ფოლის გამოყენება სექონდარისთვის; შეკრების ან სენდვიჩის ნაკრების შემოსაწინააღმდეგებლად გამოყენებული შრიფების შემცირებისთვის და Rac-ის და კოპერის კარგის შემცირებისთვის; გარე იზოლაციის და იზოლაციის დამატება.

• ასემბლის და მენტენანსის პრიორიტეტიზაცია: მოდულური სექონდარული კოილის პაკეტების შემოსაწინააღმდეგებლად სერიულად/პარალელურად დაკავშირებული ვოლტაჟის ბალანსირების, ტესტირების და შეცდომის იზოლაციის სასურველი არის; ვოლტაჟის მრავალმაგი რექტიფიკაციის (≤2 ეტაპი) ან სერიულად/პარალელურად კომბინაციის შერჩევა რექტიფიკატორის მხარეს დამოკიდებულია სიმძლავრეზე და ტრანსიენტებზე მოთხოვნებზე.