Miksi öljyä käytetään 11 ​​kV uppomuuntajissa? Avainroolit selitetty

Globaaleissa sähkönjakeluverkoissa 11kVöljyupotetut muuntajatovat hallitsevia tehonmuunnoslaitteita. Niitä käytetään laajalti kaupunkien jakeluverkoissa, teollisuuspuistoissa, aurinko- ja tuulivoimaverkkojen integroinnissa, maaseudun sähköistyksessä ja ulkomaisissa EPC-projekteissa. Monet ostajat, sähköinsinöörit ja projektien omistajat kysyvät jatkuvasti yhden perustavanlaatuisen mutta kriittisen kysymyksen: miksi tällaiset keskijännitemuuntajat täytetään eristysöljyllä ilman tai muiden kiinteiden eristysmateriaalien sijaan?
Eristysöljy ei ole pelkkä täyttöväline. Se on välttämätön toiminnallinen materiaali 11kV:n sisälläöljyupotetut muuntajat, joka määrittää suoraan lämmönpoistokapasiteetin, eristyskyvyn, laitteiden käyttöiän ja toiminnan vakauden. Kuivatyyppiset muuntajat käyttävät eristyksenä ilmaa ja epoksihartsia, kun taas öljyupotetut muuntajat käyttävät mineraalieristysöljyä (tai synteettistä esteriöljyä) useiden toimintojen saavuttamiseksi samanaikaisesti. Tässä artikkelissa käsitellään eristysöljyn keskeisiä tehtäviä 11 kV:n öljyupotettavissa muuntajissa, vertaillaan öljypohjaisten ratkaisujen etuja ja rajoituksia, esitellään yleisiä eristysöljytyyppejä, laadun hyväksymiskriteereitä ja huolto-ohjeita. Se tarjoaa ammattimaisia ​​teknisiä referenssejä vierailijoille riippumattomilla verkkosivustoilla, mikä auttaa tehoharjoittajia tekemään järkeviä päätöksiä projektin valinnassa, laitteiden hyväksymisessä ja päivittäisessä kunnossapidossa.

11kV muuntajan sisällä on jännitteisiä osia, kuten suurjännitekäämit, pienjännitekäämit ja rautasydän sekä maadoitettuja komponentteja. Komponenttien välinen luotettava eristys vaaditaan rikkoutumisten ja oikosulkuvikojen estämiseksi. Ilmalla on rajallinen eristyskyky ja se on altis sähköpurkauksille ahtaissa tiloissa, korkeissa sähkökentissä ja kosteissa olosuhteissa. Muuntajaeristeöljyllä on korkea dielektrinen lujuus. Se täyttää kaikki pienet raot rautasydämen ja käämien välillä, poistaa kokonaan ilman, eristää tehokkaasti suurjännitekäämit pienjännitekäämeistä ja erottaa käämit maadoitetusta rautasydämestä ja öljysäiliön kuoresta.
Kun muuntaja kestää tehotaajuusjännitettä ja salamaimpulssijännitettä, eristävä öljy vaimentaa paikallista sähkökentän keskittymistä ja vähentää osittaisen purkauksen riskejä. Standardin IEC 60156 mukaan pätevän uuden mineraalieristysöljyn on saavutettava määrätty läpilyöntijännitetaso, jotta varmistetaan turvallinen käyttö nimellisjännitteellä ja tilapäisissä ylijänniteolosuhteissa. Jos eristeöljy kosteutuu, likaantuu tai vanhenee, sen läpilyöntijännite laskee nopeasti ja sisäisen eristeen rikkoutumisen riski kasvaa jyrkästi. Tämä on perussyy siihen, miksi öljyupotetut muuntajat tarvitsevat säännöllisiä öljynkestojännitteen testejä.

Muuntajan toiminnan aikana rautasydämen hystereesihäviö ja pyörrevirtahäviö yhdessä käämityskuormitushäviön kanssa tuottavat jatkuvasti lämpöä. Korkea lämpötila on ensisijainen syy kiinteän eristeen ikääntymiseen. Jos lämpöä ei saada pois ajoissa, käämien eristys heikkenee nopeasti, mikä lyhentää muuntajan käyttöikää ja johtaa jopa laitteiden palamiseen vaikeissa tapauksissa.
Eristysöljyllä on edullinen lämmönjohtavuus ja se muodostaa sisäisen kierron luonnollisen öljykierron (ONAN) tai pakkoilmajäähdytyksen (ONAF) kautta. Lämmitetty eristysöljy rautasydämen ja käämien lähellä on tiheydeltään pienempi ja virtaa ylöspäin. Lämpö siirtyy säiliön seinämään ja lämpöpatteriin, kun taas jäähdytetty öljy virtaa takaisin alaspäin kuljettaen jatkuvasti lämpöä pois lämmönlähteistä. Tällä öljykiertoisella jäähdytysjärjestelmällä on yksinkertainen rakenne ja korkea lämmönvaihtotehokkuus. Ilmajäähdytykseen verrattuna öljyjäähdytys voi tukea suurempaa kapasiteettia pienemmällä jalanjäljellä, mikä on keskeinen syy siihen, miksi suuren kapasiteetin jakelumuuntajat suosivat öljyupotettua suunnittelua.

Muuntajan käämien ympärille kääritty paperieriste on orgaanista materiaalia. Se hapettuu vähitellen ja muuttuu hauraaksi korkeissa lämpötiloissa ja happialtistuksessa, jolloin eristyskyky heikkenee. Kun öljysäiliö on täytetty eristävällä öljyllä, happi ja kosteus voidaan eristää käämipaperin eristyksen suojaamiseksi. Eristysöljy voi liuottaa pienen määrän happea, vähentää paperieristeen hapettumisreaktioita, hidastaa koko eristysjärjestelmän ikääntymistä ja pidentää muuntajan yleistä käyttöikää.
Samaan aikaan eristävä öljy pinnoittaa metalliosat ja vähentää oksidatiivisen korroosion riskiä rautasydämen ja käämien metallipinnoilla. On huomattava, että tämä suojaava vaikutus ei ole pysyvä. Pitkäaikaisessa käytössä eristävä öljy hapettuu hitaasti ja tuottaa orgaanisia happoja ja öljylietettä. Öljyliete tarttuu käämiin ja jäähdyttimen pintoihin estäen lämmön haihtumista ja nopeuttaen entisestään laitteiden vaurioitumista. Siksi öljyupotetut muuntajat tarvitsevat säännöllisen happoarvon ja kosteuspitoisuuden havaitsemisen. Öljynsuodatus tai öljynvaihto on tarpeen tarvittaessa.

Toinen helposti huomiotta jäävä eristysöljyn avainarvo on se, että se toimii välineenä vianmäärityksessä. Kun muuntajan sisällä ilmenee piileviä vikoja, kuten paikallinen ylikuumeneminen, sähkökaaret ja käännöspurkaukset, korkea lämpötila laukaisee eristävän öljyn lämpöhajoamisen ja kehittää ominaisia ​​kaasuja, kuten vetyä, metaania ja asetyleenia. Nämä kaasut liukenevat eristeöljyyn. Huoltoteknikot suorittavat liuenneen kaasun analyysin (DGA) keräämällä öljynäytteitä liuenneiden kaasujen koostumuksen ja pitoisuuden testaamiseksi. Piilevät vaarat voidaan tunnistaa ennen kuin viat kehittyvät vakaviksi oikosulkuonnettomuuksiksi.
Tämä on öljyupotettujen muuntajien ainutlaatuinen diagnostinen etu. Kuivatyyppiset muuntajat tuskin mahdollistavat näytteenottoa sisäisten vikaominaisuuksien saamiseksi. Sitä vastoin öljyllä upotetut muuntajat toteuttavat ei-tunkeilevan varhaisen vikavaroituksen, joka perustuu eristävään öljyyn, mikä vähentää huomattavasti äkillisten sähkökatkojen ja laitevaurioiden riskiä. Buchholz-rele toimii myös vikojen synnyttämiin öljy-kaasuseoksiin laukaisekseen hälytyksiä tai laukaisusuojia, ja tämä suojamekanismi on rakennettu eristävään öljyjärjestelmään.

Mineraalieristysöljy: markkinoiden laajimmin käytetty tyyppi, jolla on kohtuulliset kustannukset ja vakaa dielektrinen ja lämpöteho, IEC 60296 -standardin mukainen. Useimmat tavanomaiset 11 kV:n jakelumuuntajat käyttävät mineraaliöljyä. Sen huono puoli on syttyvyys. Palontorjuntajärjestelmiä vaaditaan käytettäessä suljetuissa tiloissa ja tiheästi asutuilla alueilla.
Synteettinen esteriöljy ja luonnollinen esteriöljy: ympäristöystävälliset biohajoavat eristävät öljyt, joilla on korkea leimahduspiste ja pieni palovaara. Vuoto saastuttaa vähemmän maaperää ja vesistöjä. Niitä käytetään laajasti kaupunkien maanalaisissa sähkönjakeluhuoneissa, asuinalueilla, vesilähteiden suoja-alueilla ja muissa projekteissa, joissa on tiukat paloturvallisuus- ja ympäristövaatimukset. Huono puoli on korkeammat hankintakustannukset verrattuna mineraaliöljyyn.
Valinta tulee määrittää kokonaisvaltaisesti asennusympäristön, palomääräysten, paikallisten verkkostandardien ja projektibudjetin perusteella.

Eristysöljyn käyttöönotolla on myös haittoja. On olemassa eristysöljyvuotojen vaara, joka voi johtua säiliön hitsien ja tiivisteiden vanhenemisesta. Mineraaliöljy on syttyvää ja palosuojaus on varustettava. Eristävä öljy heikkenee ajan myötä, ja säännöllinen öljyn laadun testaus on pakollista.
Keskeisiä päivittäisiä huoltotehtäviä ovat öljytason valvonta ja säiliön vuotojen tarkistus; säännöllinen öljynäytteiden otto läpilyöntijännitteen, kosteuden, happoarvon ja DGA-testejä varten; patterien pitäminen puhtaana lämmönkierron takaamiseksi; huohottimien ylläpitäminen kosteuden pääsyn säiliöön minimoimiseksi. Standardoidulla huollolla, 11kVöljyupotetut muuntajatvoi toimia vakaasti vuosikymmeniä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että eristeöljyllä on neljä ydintoimintoa 11 kV jännitteelläöljyupotetut muuntajat: toimii korkeajännitteisenä eristysaineena, kierrättää ja poistaa lämpöä, suojaa sisäistä kiinteää eristystä vanhenemiselta ja toimii väliaineena piilevien sisäisten vikojen havaitsemiseen. Yhdessä nämä neljä etua tekevät öljyupotettavista muuntajista valtavirran maailmanlaajuisissa 11 kV jakelusovelluksissa korkean luotettavuuden, erinomaisen lämmönpoiston ja edullisien kustannusten ansiosta.
Siitä huolimatta eristävän öljyn suorituskyky heikkenee käyttöajan, ympäristön lämpötilan, kosteuden ja saastumisen myötä. Voimaprojektien ammattilaisten on ymmärrettävä öljyn eristyksen toimintaperiaate ja kiinnitettävä huomiota määräajoin öljyn laadun testaukseen voidakseen hyödyntää täysimääräisesti öljyn uppomuuntajien suorituskykyedut ja varmistaakseen jakeluverkkojen pitkän aikavälin vakaan virransyötön.