Сравнение сухих и масляных трансформаторов

Трансформатор — это устройство, которое широко используется как в быту, так и в промышленности. Его работа основана на явлении электромагнитной индукции, которая позволяет преобразовывать переменный ток в напряжение разных уровней. В зависимости от способа охлаждения, трансформаторы делятся на два основных типа: сухие и масляные.

Первый тип устройств охлаждения характеризуется использованием естественного воздушного потока для охлаждения. В устройствах второго типа магнитная система погружается в трансформаторное масло, находящееся в баке аппарата. Чтобы лучше понять особенности обоих типов систем охлаждения, необходимо более подробно рассмотреть их практическое применение.

Сравнение сухих и масляных трансформаторов

Области применения сухих и масляных трансформаторов

Еще пару десятков лет назад именно масляный трансформатор повсеместно задействовался в оснащении электрических сетей по территории всей страны. Объяснение подобной популярности кроется в его относительно невысокой цене по сравнению с аналогичной продукцией другого типа.

Однако последнее время наблюдается рост тенденции к применению сухого силового трансформатора. Его магнитопровод и обмотки не помещены ни в жидкий диэлектрик: будь это кремнийорганическая жидкость, или трансформаторное масло. Эта техническая характеристика приумножается другими качествами, что в сумме делает устройство более надежным, как в сфере взрывопожарной безопасности, так и экологической безвредности.

Сухой трансформатор применяется в устройстве городской, сельской инфраструктуры и сегменте промышленного и сельскохозяйственного производств. Помимо этого пользуется спросом, когда необходимо осуществить передачу электроэнергии.

Конструкция трансформатора прочная, не поддается влиянию внешних факторов-раздражителей, потому ее спокойно можно встраивать в зданиях, где обеспечиваются высокие взрывопожарные условия: в жилых домах, административных зданиях, банковских отделениях, офисах, центах отдыха и развлечений, торговых точках и т.д. Подходят даже для размещения на территории морских портов, аэропортов, или складов.

Масляный трансформатор требуют большей осторожности в период эксплуатации, устанавливаются в подстанциях. Для трансформаторов большой мощности от 1000 кВА устанавливаются аварийные маслоприемники.

Особенности конструкции масляного и сухого трансформатора

Эксплуатационная пригодность трансформатора в первую очередь обуславливается спецификой его внутренней наполненности. Устройство сухого способа охлаждения изготовляется при помощи всевозможных инновационных методик проектирования. Каждая деталь проходит тщательную проверку, а готовое изделие испытывается в несколько этапов и проверяется по уровню соответствия стандартам качества (ISO9001:2000).

На рынке очень популярны сухие трансформаторы с литой изоляцией (ТСЗГЛ), созданные посредством заливки компаундом с последующим вакуумированием. Спрос на них велик, так как технология изготовления относительно дешевая, а результат работы эффективный — обмотки полностью закрыты пленкой из чистой смолы или стеклонитей, потому защищены от попадания испарений, или других факторов раздражителей. Плюс образовывается единый твердый блок из всех деталей, где составные части органично взаимодействуют друг с другом.

Важно учесть, что литая изоляция не выдерживает слишком низких температур или их резкого перепада, потому возможны нарушения изоляции. Возникновение подобного рода рисков невозможно при масляной системе охлаждения — с ними длительные перегрузки переносятся нормально.

Конструкция и изоляция обмоток масляных и сухих трансформаторов

Обмотки — ключевой элемент конструкции трансформатора, определяющий его надежность и эффективность. Несмотря на общий принцип действия, подход к их изготовлению и изоляции в масляных и сухих трансформаторах кардинально отличается.

Особенности обмоток сухих трансформаторов

В сухих трансформаторах обмотки, как правило, изготавливаются из алюминиевых или медных проводников и проходят комплексную обработку. Они полностью инкапсулируются (заливаются) в слои эпоксидной смолы в вакуумной среде. Эта технология обеспечивает:

• Механическую прочность: смола создает монолитную конструкцию, гарантирующую отсутствие трещин и повреждений при эксплуатационных нагрузках.

• Надежную изоляцию: пропитка под вакуумом исключает воздушные пустоты, обеспечивая превосходные диэлектрические свойства.

• Пожаробезопасность: обработка специальными составами предотвращает самовозгорание, что разрешает монтаж внутри зданий в непосредственной близости к нагрузке.

Обмотки делятся на высшего (ВН) и низшего напряжения (НН) и часто имеют перемычки для точной регулировки напряжения (±2×2,5%).

Особенности обмоток масляных трансформаторов

В масляных трансформаторах обмотки также наматываются из алюминиевого или медного провода, но их изоляция принципиально иная. Она является двухкомпонентной:

1. Основная изоляция. Это жидкий диэлектрик — трансформаторное масло, в которое погружены обмотки. Масло выполняет сразу две функции: эффективно отводит тепло и служит главным изолирующим материалом.

2. Межвитковая и межслойная изоляция. Для предотвращения короткого замыкания между витками и слоями обмотки проводники покрываются твердой изоляцией — чаще всего кабельной бумагой, лавсановой пленкой или специальным лаком.

Такая конструкция делает масляные трансформаторы пожароопасными (категория В1), поэтому их размещают в отдельных подстанциях. Это, в свою очередь, увеличивает длину и стоимость кабельных линий низкого напряжения.

Сравнительная таблица

Недостатки сухих силовых трансформаторов: объективный анализ слабых сторон

При выборе электрооборудования критически важно взвесить все «за» и «против». Несмотря на популярность и очевидные преимущества, такие как пожаробезопасность и простота монтажа, сухие силовые трансформаторы обладают рядом существенных недостатков. Эти минусы могут оказаться решающими при проектировании энергосистем, где приоритетом являются долговечность, ремонтопригодность и высочайший КПД.

Рассмотрим ключевые недостатки сухих трансформаторов по сравнению с масляными аналогами.

1. Ограниченный срок службы

Один из самых значимых минусов — срок эксплуатации. Сухие трансформаторы служат в среднем 10-15 лет, что примерно в два раза меньше, чем у маслонаполненных моделей, ресурс которых часто превышает 25-30 лет. Это связано с тем, что твердая эпоксидная изоляция обмоток со временем стареет, теряет эластичность и становится хрупкой под воздействием термических циклов (нагрев-остывание), что в конечном итоге приводит к ее растрескиванию и пробою.

2. Высокая первоначальная стоимость оборудования

Хотя затраты на монтаж и текущее обслуживание сухих трансформаторов действительно ниже, их первоначальная цена существенно выше. Стоимость современных материалов (эпоксидная смола, стекловолокно), а также сложная технология вакуумной пропитки делают производство такого оборудования более дорогим. Это значительная капитальная инвестиция, которая может быть экономически нецелесообразной для проектов с неограниченным сроком окупаемости.

3. Низкий КПД и повышенные потери электроэнергии

Уровень потерь холостого хода и короткого замыкания в сухих трансформаторах объективно выше. Твердая изоляция обладает худшей теплопроводностью по сравнению с жидким диэлектриком (маслом), что затрудняет эффективный отвод тепла от обмоток. Для предотвращения перегрева производители вынуждены закладывать меньшие плотности тока, что приводит к увеличению габаритов и массы меди/алюминия, а следовательно — к росту потерь. В долгосрочной перспективе это выливается в повышенные затраты на электроэнергию.

4. Сложность и высокая стоимость ремонта

Конструкция является практически неремонтопригодной. Обмотки, залитые смолой, нельзя отремонтировать в случае повреждения — возможна только их полная замена на заводе-изготовителе. Это дорогостоящая и длительная процедура. В то время как масляные трансформаторы часто можно отремонтировать силами местных специалистов прямо на месте эксплуатации, что значительно сокращает время и стоимость восстановления.

5. Ограниченные возможности регулирования напряжения под нагрузкой (РПН)

Важным эксплуатационным недостатком для многих задач является отсутствие встроенного переключателя ответвлений (ПБВ или РПН), позволяющего регулировать напряжение под нагрузкой. В сухих трансформаторах контроль напряжения реализуется только с помощью перемычек, расположенных в зоне высокого напряжения. Для их переключения необходимо полностью обесточивать оборудование, что недопустимо в непрерывных технологических процессах.

Заключение: когда недостатки сухих трансформаторов критичны?

Таким образом, выбор в пользу сухого трансформатора может быть сопряжен с компромиссами. Его недостатки — ограниченный срок службы, высокая первоначальная стоимость, повышенные потери, сложный ремонт и отсутствие РПН — делают масляные трансформаторы более предпочтительными для ответственных объектов с высокими нагрузками, требованием к долговечности и возможностью оперативного регулирования напряжения без перерыва питания.

Недостатки масляных силовых трансформаторов: ключевые риски и ограничения

Масляные силовые трансформаторы зарекомендовали себя как высокоэффективное и надежное оборудование с отличными показателями теплоотвода и шумоизоляции. Однако, наряду с неоспоримыми преимуществами, они обладают комплексом существенных недостатков, которые напрямую связаны с использованием трансформаторного масла. Эти минусы диктуют строгие требования к монтажу, эксплуатации и техобслуживанию, а в некоторых случаях делают их применение недопустимым.

Рассмотрим ключевые недостатки масляных силовых трансформаторов, которые необходимо учитывать при проектировании энергосистем.

1. Высокая пожаро- и взрывоопасность

Как в сухих, так и масляных трансформаторах обмотки высокого напряжения помещаются над обмотками низкого. Однако в первом случае изоляция противопожарная (класс нагрева стойкости F или H), во втором — это невозможно предусмотреть из-за наличия трансформаторного масла.

Это главный и наиболее критичный недостаток масляных трансформаторов. Наличие большого объема горючего диэлектрика — трансформаторного масла — создает постоянную угрозу.

• Возгорание: при пробое изоляции или перегреве масло может воспламениться.

• Взрыв: в случае интенсивного нагрева без доступа кислорода масло разлагается с выделением горючих газов (в основном, водорода), образующих с воздухом гремучую смесь, что может привести к мощному взрыву бака.

Эти риски требуют строжайшего соблюдения противопожарных норм: установки трансформаторов в отдельных огнестойких помещениях или на открытых площадках, обустройства аварийных сливов масла и систем пожаротушения.

2. Экологические риски и угроза загрязнения

Масляные трансформаторы экологически более опасны по сравнению с «сухими» аналогами.

• Утечка масла: при разгерметизации бака трансформаторное масло, являющееся продуктом нефтепереработки, может попасть в почву и грунтовые воды, нанося значительный вред окружающей среде.

• Утилизация: Отработанное масло требует специальной процедуры утилизации, что увеличивает эксплуатационные расходы и экологическую нагрузку.

3. Требовательность к техническому обслуживанию

Хотя диагностика состояния через анализ масла является преимуществом, сама необходимость такого регулярного контроля — это эксплуатационный недостаток.

• Периодический сервис: требуется регулярный отбор проб масла для проведения химического и хроматографического анализа с целью контроля его диэлектрических свойств, наличия продуктов старения и растворенных газов.

• Очистка и сушка: загрязнение или увлажнение масла резко снижает его изоляционные свойства. Процедуры очистки (регенерации) и осушки масла требуют полного останова оборудования, что приводит к перерывам в электроснабжении. Зачастую этим пренебрегают, что негативно сказывается на долгосрочной надежности.

4. Ограничения по месту установки

Из-за риска утечки масла и пожара масляные трансформаторы нельзя размещать внутри жилых, общественных или производственных зданий без дорогостоящих противопожарных мероприятий. Их установка разрешена только в отдельных трансформаторных подстанциях (ТП) каменного или металлического исполнения, что увеличивает общую стоимость проекта и длину кабельных линий низкого напряжения.

5. Низкий класс нагревостойкости изоляции

В отличие от сухих трансформаторов, где обмотки имеют изоляцию класса F или H (до 155°C и 180°C соответственно), изоляция обмоток масляного трансформатора имеет более низкий класс нагревостойкости (обычно класса A — 105°C). Это ограничивает его перегрузочную способность и устойчивость к термическим воздействиям по сравнению с сухими моделями.

Заключение: когда недостатки критичны?

Недостатки масляных силовых трансформаторов — это, в первую очередь, вопросы безопасности, экологии и эксплуатационной сложности. Их выбор требует обязательного технико-экономического обоснования. Они не подходят для установки в многоквартирных домах, больницах, торговых центрах, на предприятиях с повышенными требованиями к пожарной и экологической безопасности. В таких случаях предпочтение однозначно отдается сухим трансформаторам, лишенным этих рисков.