Isolamento di trasformatori immersi in olio- da 750 kVA: progettazione e test

 

A Trasformatore di distribuzione-immerso in olio da 750 kVAè una macchina compatta: un serbatoio, un nucleo e tre avvolgimenti che devono trasportare la piena corrente nominale per decenni. Il componente che ne limita la vita utile è quasi sempre l'isolamento. Il rame, l'anima in acciaio e il serbatoio possono durare più a lungo dell'unità, ma la carta di cellulosa e l'olio che circondano i conduttori invecchiano continuamente a causa del calore, dell'umidità e dello stress elettrico.

 

I trasformatori di distribuzione sono normalmente progettati per una durata di servizio compresa tra 20 e 30 anni. Questa cifra deriva dal comportamento di invecchiamento termico dell'isolamento in carta, modellato nella guida al caricamento IEC 60076-7 in funzione della temperatura del punto caldo-dell'avvolgimento e del contenuto di umidità. Quando un acquirente confronta le offerte, le differenze che contano raramente sono la valutazione in kVA - sono i materiali isolanti, il margine di aumento della temperatura, il controllo dell'umidità durante la lavorazione e i test che dimostrano che l'unità è stata costruita e asciugata correttamente.

 

Lo stabilimento GNEE mostra l'assemblaggio professionale di trasformatori di distribuzione da 750 kVA.

 

 

Il sistema di isolamento di un trasformatore di distribuzione immerso in un liquido- combina un dielettrico liquido (l'olio) con un dielettrico solido (carta, cartone pressato e altri prodotti di cellulosa). L'olio svolge due compiti contemporaneamente - isolamento elettrico e raffreddamento - mentre i materiali solidi forniscono supporto meccanico e barriera primaria tra conduttori a potenziali diversi.

 

Componente	Materiale	Funzione	Proprietà / note tipiche
Olio isolante	Olio minerale naftenico (IEC 60296)	Dielettrico liquido tra le fasi e verso terra; mezzo di raffreddamento	La tensione di rottura dell'olio nuovo trattato è generalmente pari o superiore a 60 kV attraverso un intervallo di 2,5 mm (accettazione secondo IEC 60296 e specifiche di acquisto); contenuto di acqua mantenuto basso durante la lavorazione
Avvolgimento del conduttore	Carta Kraft migliorata termicamente	Gira-in-gira e stratifica-in-strato di isolamento sugli avvolgimenti	Elevata rigidità dielettrica, bassa captazione di umidità; il miglioramento termico rallenta l'invecchiamento a temperature più elevate
Barriere solide	Pannello pressato pre-compresso	Isolamento principale tra gli avvolgimenti AT e BT e verso terra	Stabilità dimensionale e resistenza meccanica sotto pressione di serraggio; deve essere completamente impregnato di olio-
Isolamento a strati	Strisce di carta o cartone pressato tra gli strati di avvolgimento	Distribuisce uniformemente lo stress di tensione tra gli strati-	Lo spessore e il numero di strati seguono il livello di isolamento dell'unità
Isolamento dei cavi e dei terminali	Cavi avvolti in carta-con barriere di dispersione	Trasporta in modo sicuro i collegamenti dell'avvolgimento dalla bobina alla boccola	Percorso di dispersione e spazio libero dimensionati per la tensione del sistema
Boccole	Alloggiamenti in porcellana o compositi, isolamento in carta-riempita di olio o resina-impregnata di carta (RIP)	Porta i conduttori AT e BT attraverso la parete del serbatoio	Distanza superficiale esterna adattata alla classe di inquinamento del sito
Impregnazione	Impregnazione d'olio sotto vuoto	Riempie i vuoti nell'isolamento solido	I vuoti lasciati vuoti diventano luoghi di scarica parziale

I dettagli della lavorazione contano tanto quanto la scelta del materiale. L'olio nuovo viene degasato e disidratato sotto vuoto prima dell'iniezione; il gruppo avvolgimento e nucleo viene asciugato in modo che l'umidità residua nella carta rimanga bassa. L'acqua nell'olio è controllata in base alle linee guida IEC 60422 - un obiettivo di lavorazione tipico per un'unità di classe di distribuzione- è inferiore a circa 20 mg/kg nell'olio nuovo. L'umidità riduce la tensione di rottura dell'olio e accelera l'invecchiamento della carta, motivo per cui il ciclo di asciugatura è una delle fasi più attentamente monitorate in fabbrica.

 

Due numeri vengono costantemente confusi nelle discussioni sui trasformatori: la classe termica del materiale e il limite di aumento della temperatura-. Si tratta di quantità diverse e la differenza è importante per le specifiche e per il funzionamento.

Parametro	Valore	Base
Classe termica di isolamento (materiale)	Temperatura massima continua del punto caldo-di classe A di - 105 gradi del materiale	CEI 60085
Temperatura ambiente di riferimento	40 gradi	CEI 60076-2
Limite di aumento della temperatura media dell'avvolgimento-	65 K	CEI 60076-2
Limite superiore di aumento della-temperatura dell'olio-	60 K	CEI 60076-2
Permesso di aumento della-temperatura del punto-più caldo	78 K	CEI 60076-2
Rialzo ridotto opzionale (progettazioni-ridotte con perdite)	55 K media di avvolgimento (esempio valore offerto)	Opzione del produttore, non un requisito standard

Alla temperatura ambiente standard di 40 gradi, un aumento medio di 65 K porta la temperatura media dell'avvolgimento a 105 gradi - la stessa cifra della classificazione di Classe A. Questa coincidenza è il motivo per cui i due numeri vengono così spesso confusi. Il punto più caldo si trova più in alto della media tortuosa; l'indennità di 78 K nella norma IEC 60076-2 copre il gradiente tra la media e il punto più caldo. In altre parole: 105 gradi è ciò che la famiglia di materiali è in grado di sopportare, 65 K è quanto l'avvolgimento può salire al di sopra di una temperatura ambiente di 40 gradi e i due coincidono numericamente solo in condizioni standard.

Per i progetti consegnati in Cina o secondo specifiche cinesi, contano due documenti aggiuntivi. GB/T 6451 stabilisce i parametri tecnici e i valori di perdita per i trasformatori di potenza immersi in olio-della classe 10 kV, che coprono la potenza nominale di 750 kVA. GB 20052-2020 definisce tre livelli di efficienza energetica-; le perdite a vuoto e a carico di un'unità da 750 kVA sono selezionate in base alla fascia richiesta dal mercato di destinazione e dal suo sistema di incentivazione.

 

 

La qualità dell'isolamento non è visibile dall'esterno, quindi deve essere dimostrata tramite test. Ogni unità da 750 kVA lascia la fabbrica con un rapporto di test di routine; i valori dielettrici decisivi seguono la norma IEC 60076-3.

 

Prove dielettriche di routine

• Resistenza di isolamento (megger).Misurato tra gli avvolgimenti e verso terra con un tester di isolamento da 2,5 kV o 5 kV. Un criterio di accettazione comune per un'unità di classe 10 kV è 100 MΩ o più a 20 gradi; l'indice di polarizzazione (lettura di 10-minuti divisa per la lettura di 1 minuto) dovrebbe in genere raggiungere 1,5–2,0. Questi sono criteri pratici sul campo: i valori vincolanti provengono dal registro dei test di fabbrica dell'unità e dalle specifiche di acquisto.
• Fattore di dissipazione dielettrica (tan δ).Misurato con un ponte a frequenza industriale, tipicamente a 10 kV per un'unità di classe 10 kV. Una nuova unità mostra comunemente un'abbronzatura δ inferiore a circa lo 0,5% a 20 gradi; i limiti sono fissati nelle specifiche tecniche e una tendenza al rialzo nel corso degli anni è più significativa di una singola lettura.
• Test di resistenza alla frequenza di alimentazione-.Per un'unità di classe 10 kV (tensione massima per apparecchiature U_m= 12 kV), il test di tensione applicata-di breve durata è di 28 kV rms per 60 secondi secondo IEC 60076-3.
• Prova dell'impulso del fulmine.La stessa classe di unità è verificata con un impulso a onda intera da 1,2/50 µs-di 75 kV di picco secondo IEC 60076-3, applicato ai terminali di linea.
• Prova di tensione indotta.Verifica l'isolamento tra-spira e tra-strato aumentando la tensione tra le fasi, secondo IEC 60076-3.
• La resistenza all'aumento di temperatura-e al cortocircuito-sono prove di tipo (IEC 60076-2 e IEC 60076-5), eseguite su un'unità rappresentativa del progetto anziché su ogni singolo pezzo. Un certificato di prova di tipo per la prestazione al riscaldamento è il documento che collega il limite di progetto di 65 K alla realtà.

 

 

Analisi dei gas disciolti (DGA)

Una volta che il trasformatore è in servizio, l’olio stesso diventa lo strumento di monitoraggio. Guasti elettrici e termici decompongono l'olio e la carta in gas caratteristici che si dissolvono nell'olio; un campione d'olio periodico, analizzato mediante gascromatografia, rivela quale tipo di guasto si sta sviluppando molto prima che si verifichi un guasto. L'interpretazione segue lo standard IEC 60599 per le apparecchiature riempite di-olio-minerale e lo standard IEEE C57.104 per le indicazioni sulla valutazione.

Gas chiave rilevati	Tipo di guasto indicato
H2(con alcuni CH4)	Scarica parziale/corona
CH4con C2H6	Guasto termico-di bassa temperatura dell'olio (inferiore a circa 300 gradi)
C2H4(con CH4, C2H6)	Guasto termico dell'olio nell'intervallo 300-700 gradi - surriscaldamento di conduttori o connessioni
C2H2(con H2)	Arco elettrico a - scarica elettrica ad alta- energia
CO e CO2	Degradazione termica dell'isolamento in carta/cellulosa

 

Una pratica comune è un campione di olio annuale, con intervalli più brevi dopo un evento come un guasto passante, un fulmine o un periodo di sovraccarico prolungato. DGA è ciò che consente la manutenzione pianificata anziché la sostituzione di emergenza - i rapporti del gas indicano il tipo di guasto e il tasso di variazione indica l'urgenza.

 

 

ILprogettazione del sistema di isolamento e stabilità termica di trasformatori di distribuzione in olio da 750 kVAsono i due fattori più critici nel determinare il ritorno sull’investimento. Scegliendo GNEE, stai collaborando con aproduttore di trasformatoriche dà priorità all'ingegneria di precisione, ai materiali di alta-qualità e ai test rigorosi. I nostri trasformatori offrono un costo totale di proprietà inferiore grazie alle minori perdite di energia e ai requisiti minimi di manutenzione.

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Domande frequenti

Q1. Qual è il limite di aumento della temperatura-per un trasformatore immerso in olio-da 750 kVA?

Secondo IEC 60076-2, per unità immerse in liquido-isolate di Classe A a una temperatura ambiente di 40 gradi: aumento medio dell'avvolgimento 65 K, aumento dell'olio superiore- 60 K, limite del punto-più caldo 78 K. I modelli con perdite ridotte possono essere offerti con un aumento inferiore, ad esempio 55 K.

 

Q2. "Classe A" significa che il trasformatore può funzionare a 105 gradi?

Nessun. 105 grado è la classe termica del materiale isolante secondo IEC 60085 - la temperatura continua più alta per la quale è classificata la famiglia di materiali. Il limite operativo è espresso come temperaturasalitasopra la temperatura ambiente: 65 K in media. A una temperatura ambiente di 40 gradi, l'avvolgimento medio si trova vicino a 105 gradi e il punto caldo più in alto, quindi la cifra di 105 gradi e l'aumento di 65 K descrivono lo stesso punto di progettazione in due unità diverse.

 

Q3. Perché il controllo dell'umidità è così importante per l'isolamento del trasformatore?

L'acqua riduce la tensione di rottura dell'olio e accelera l'invecchiamento della carta isolante di parecchie-volte alla stessa temperatura. Viene controllato durante la lavorazione (degasaggio e disidratazione sotto vuoto, con un target tipico inferiore a circa 20 mg/kg di acqua nell'olio nuovo) e supervisionato in servizio secondo la guida della norma IEC 60422, supportato dal sistema di conservazione dell'olio-.

 

Q4. Quali test dimostrano la qualità dell'isolamento di una nuova unità?

I test dielettrici di routine: resistenza di isolamento e indice di polarizzazione, tan δ, resistenza alla frequenza di alimentazione- (28 kV per un'unità di classe 10 kV), impulso da fulmine (75 kV) e test di tensione indotta - tutti conformi allo standard IEC 60076-3. Il test di aumento della temperatura conforme alla norma IEC 60076-2 verifica la progettazione termica su un'unità rappresentativa.

 

Q5. Cosa può dirci l’analisi dei gas disciolti?

La DGA identifica il tipo di guasto che si sviluppa all'interno del serbatoio: l'idrogeno suggerisce una scarica parziale, l'etilene suggerisce un surriscaldamento termico dell'olio, l'acetilene suggerisce la formazione di archi e gli ossidi di carbonio suggeriscono il degrado della carta (IEC 60599 / IEEE C57.104). L'andamento delle concentrazioni di gas indica la velocità con cui la faglia sta crescendo.

 

Q6. Quale durata ci si può aspettare da un trasformatore di distribuzione da 750 kVA?

I trasformatori di distribuzione sono generalmente progettati per una durata compresa tra 20 e 30 anni. La vita effettiva dipende dal profilo di carico, dalla temperatura ambiente, dal controllo dell'umidità, dalla qualità della manutenzione e dalla frequenza con cui l'unità viene utilizzata al di sopra della temperatura nominale del punto caldo- - il modello di invecchiamento della norma IEC 60076-7 quantifica tale compromesso.