Was ist ein vollständig abgedichteter Verteilungstransformator?

In modernen Verteilungsnetzen, sei es in Wohngebieten, Gewerbezentren oder Industrieparks, sieht man eine Art Energieversorgungsgerät mit runder Form und kein traditionelles „großes Ölkissen“ – vollständig abgedichtete Verteilungstransformatoren. Mit seiner einzigartigen abgedichteten Struktur und seinen wartungsfreien Eigenschaften ersetzt er nach und nach den traditionellen offenen Öltransformator und wird zur gängigen Wahl für die Modernisierung städtischer und ländlicher Stromnetze.

I. Was ist ein vollständig abgedichteter Verteilungstransformator?

Ein vollständig abgedichteter Verteilungstransformator ist ein in Öl getauchter Leistungstransformator mit einem vollständig geschweißten und abgedichteten Öltank. Der größte optische Unterschied zu herkömmlichen Transformatoren besteht darin, dass der Ölausdehnungsbehälter (Ölkissen) und der Feuchtigkeitsabsorber (Atemschutzgerät) entfallen. Der Kastendeckel und der Kastenrand weisen üblicherweise eine geschweißte oder dauerhaft abgedichtete Struktur auf, um das interne Transformatoröl vollständig von der Atmosphäre der Außenumgebung zu isolieren.

Es kompensiert automatisch die durch Lastwechsel und Temperaturanstiege und -abfälle verursachte Ausdehnung und Kontraktion des Ölvolumens durch die elastische Ausdehnung und Kontraktion der gewellten Öltankwand oder des Expansionskühlers und blockiert so das Eindringen von Luft und Feuchtigkeit vollständig, während gleichzeitig ein stabiler Innendruck aufrechterhalten wird.

II. Grundlegende technische Prinzipien

1. Dichtungsstruktur

• Kraftstofftankdichtung

Die Öltankabdichtung eines vollständig abgedichteten Verteilungstransformators ist eine seiner Kerntechnologien, die hauptsächlich durch den Einsatz leistungsstarker Dichtungsmaterialien und fortschrittlicher Dichtungsverfahren erreicht wird. Als zentrale tragende Komponente des Transformators wirkt sich die Dichtungsleistung des Öltanks direkt auf die Schutzfunktionen und die langfristige Betriebszuverlässigkeit des Geräts aus. Normalerweise wird der Kraftstofftank mit Gummidichtungen oder Metalldichtungen in Verbindung mit hochfesten Schrauben abgedichtet, um sicherzustellen, dass das Innere des Kraftstofftanks vollständig von der Außenumgebung isoliert ist. Diese Dichtungsmethode kann nicht nur wirksam verhindern, dass Feuchtigkeit, Staub und andere korrosive Medien in das Innere des Tanks gelangen, sondern auch die Auswirkungen von Innendruckänderungen, die durch den Anstieg der Transformatoröltemperatur auf die Tankstruktur verursacht werden, bis zu einem gewissen Grad mildern. Darüber hinaus ist die Auswahl des Dichtungsmaterials von entscheidender Bedeutung und dessen Ölbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Alterungsschutzeigenschaften müssen umfassend berücksichtigt werden. Beispielsweise wird Nitrilkautschuk aufgrund seiner hervorragenden Ölbeständigkeit und mechanischen Festigkeit häufig in der Öltankdichtung von vollständig abgedichteten Verteilungstransformatoren verwendet. Untersuchungen zeigen, dass eine vernünftige Konstruktion der Tankdichtung das Schutzniveau des Transformators erheblich verbessern und die durch äußere Umweltfaktoren verursachte Ausfallrate verringern kann.

• Abdichtung von Verbindungsteilen

Neben der Abdichtung des Öltanks spielen auch die Abdichtungsmaßnahmen jedes Anschlussteils des Transformators eine entscheidende Rolle für die Gesamtdichtleistung. Zu den Verbindungskomponenten eines vollständig abgedichteten Verteilungstransformators gehören hauptsächlich Durchführungen, Stufenschalter, Kühlgeräte usw. Diese Komponenten können aufgrund von Vibrationen, Temperaturänderungen und anderen Faktoren während des Betriebs zu Dichtungsschäden führen. Aus diesem Grund wird üblicherweise ein mehrschichtiger Dichtungsaufbau in Kombination mit hochfesten Verbindungselementen verwendet, um die Dichtsicherheit des Anschlussteils zu gewährleisten. Beispielsweise werden an der Verbindung zwischen Gehäuse und Öltank häufig ein O-förmiger Dichtring und ein Metallflansch verwendet, um die Dichtwirkung zu verstärken. Für bewegliche Teile wie Stufenschalter ist eine dynamische Dichtungskonstruktion erforderlich, um sich an deren geringfügige Verschiebung während des Betriebs anzupassen. Darüber hinaus muss das Dichtungsmaterial der Verbindungsteile eine gute Elastizität und Korrosionsbeständigkeit aufweisen, um der komplexen Betriebsumgebung standzuhalten. Studien haben gezeigt, dass wissenschaftliche und vernünftige Dichtungskonstruktionen von Verbindungsteilen nicht nur die Gesamtdichtleistung des Transformators verbessern, sondern auch die Wahrscheinlichkeit häufiger Fehler wie Öllecks wirksam reduzieren können.

2. Isoliersystem

• Auswahl des Isoliermaterials

Das Isolationssystem eines vollständig abgedichteten Verteilungstransformators ist die wichtigste Garantie für seine elektrische Leistung, und die Auswahl der Isolationsmaterialien wirkt sich direkt auf seine Isolationsleistung und Betriebszuverlässigkeit aus. Zu den in der Praxis häufig verwendeten Isoliermaterialien gehören hauptsächlich mit Mineralöl imprägniertes Papier, Epoxidharz und Polyesterfolie. Jedes dieser Materialien hat seine eigenen Eigenschaften und eignet sich für unterschiedliche Arbeitsszenarien. Beispielsweise wird mit Mineralöl imprägniertes Papier aufgrund seiner guten Isolationseigenschaften und thermischen Stabilität häufig im Isolationssystem herkömmlicher Verteilungstransformatoren verwendet. während Epoxidharz aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Festigkeit und chemischen Korrosionsbeständigkeit eine wichtige Rolle in Trockentransformatoren spielt. Bei vollständig abgedichteten Verteiltransformatoren müssen bei der Auswahl der Isoliermaterialien die Besonderheiten der Arbeitsumgebung wie Luftfeuchtigkeit, Temperaturwechselbereich und Lastbedingungen berücksichtigt werden. Darüber hinaus sind neue umweltfreundliche Dämmstoffe wie „halogenfrei“ und „halogenfrei“ mit geringem Rauchanteil mit zunehmend strengeren Umweltschutzanforderungen nach und nach zu einem Forschungsschwerpunkt geworden. Untersuchungen zeigen, dass eine rationelle Auswahl von Isoliermaterialien nicht nur die Isolierleistung des Transformators verbessern, sondern auch seine Lebensdauer verlängern und die Wartungskosten senken kann.

• Entwurf der Isolierstruktur

Die Gestaltung der Isolationsstruktur ist ein wichtiger Teil des Isolationssystems des vollständig abgedichteten Verteilungstransformators. Sein vernünftiger Aufbau und sein wissenschaftliches Design stehen in direktem Zusammenhang mit der elektrischen Leistung und Betriebssicherheit des Transformators. In praktischen Anwendungen ist die Isolationsstruktur üblicherweise schichtförmig aufgebaut, um eine effiziente Isolierung zwischen Komponenten mit unterschiedlichen Potenzialen zu erreichen. Beispielsweise werden zwischen den Wicklungen und dem Kern mehrere Lagen Isolierpapier angebracht, um die elektrische Isolationsfestigkeit zu erhöhen; Gleichzeitig dienen isolierende Trennwände zur Trennung der Hochspannungswicklungen und Niederspannungswicklungen, um das Auftreten von Teilentladungen zu vermeiden. Darüber hinaus muss die Konstruktion der Isolationsstruktur auch die thermischen und mechanischen Belastungen, denen der Transformator während des Betriebs ausgesetzt sein kann, vollständig berücksichtigen, um seine Stabilität unter komplexen Arbeitsbedingungen sicherzustellen. Untersuchungen zeigen, dass die Optimierung des Isolationsstrukturdesigns nicht nur die Isolationsleistung des Transformators verbessern, sondern auch die durch Isolationsfehler verursachte Ausfallrate wirksam reduzieren kann. Insbesondere in hochgelegenen Gebieten muss die Konstruktion der Isolationsstruktur aufgrund der dünnen Luft, die zu einer Verringerung der elektrischen Festigkeit führt, speziell an die Betriebsanforderungen in speziellen Umgebungen angepasst werden.

3. Wärmeableitungsmechanismus

• Natürliche Wärmeableitung

Der Wärmeableitungsmechanismus eines vollständig abgedichteten Verteilungstransformators ist eine wichtige Garantie für seinen normalen Betrieb. Die Methode der natürlichen Wärmeableitung wird aufgrund ihrer einfachen und zuverlässigen Eigenschaften häufig in kleinen und mittelgroßen Transformatoren eingesetzt. Die natürliche Wärmeableitung beruht hauptsächlich auf Wärmestrahlung und Konvektion an der Oberfläche des Transformatorkessels, um die im Inneren erzeugte Wärme an die Umgebung zu übertragen. Insbesondere wird bei laufendem Transformator die von den Wicklungen und dem Eisenkern erzeugte Wärme zunächst durch Wärmeleitung an die Innenwand des Öltanks übertragen und dann durch Wärmestrahlung und Luftkonvektion auf der Oberfläche des Öltanks an die Umgebung abgegeben. Um die natürliche Wärmeableitungseffizienz zu verbessern, werden üblicherweise Kühlkörper oder gewellte Strukturen auf der Oberfläche des Kraftstofftanks bereitgestellt, um die Wärmeableitungsfläche zu vergrößern und den Konvektionswärmeübertragungseffekt zu verbessern. Darüber hinaus müssen beim Design des Kühlkörpers Faktoren wie Wärmeleitfähigkeit, Formkoeffizient und Anordnung des Materials umfassend berücksichtigt werden, um eine optimale Wärmeableitungsleistung zu erzielen. Untersuchungen zeigen, dass ein vernünftiges Design der natürlichen Wärmeableitung nicht nur den sicheren Betrieb des Transformators unter Nennlast gewährleisten, sondern auch seine Lebensdauer effektiv verlängern kann.

• Zwangskühlung (falls vorhanden)

Bei vollständig abgedichteten Verteiltransformatoren, die mit großer Kapazität oder hoher Last betrieben werden, kann die natürliche Wärmeableitung allein möglicherweise nicht in der Lage sein, den Wärmeableitungsbedarf zu decken. In diesem Fall müssen Methoden zur erzwungenen Wärmeableitung eingeführt werden, um die Wärmeableitungsfähigkeiten zu verbessern. Die erzwungene Wärmeableitung wird normalerweise durch Hilfsgeräte wie Ventilatoren und Ölpumpen erreicht, und die erzwungene Zirkulation von Kühlmedien (wie Luft oder Transformatoröl) wird verwendet, um die Übertragung und Ableitung der Wärme zu beschleunigen. In einigen Anwendungsszenarien mit hoher Last können beispielsweise luftgekühlte Kühler verwendet werden, um den Luftstrom durch Lüfter zu treiben und so die Effizienz der Wärmeableitung deutlich zu verbessern. In besonders großen Transformatoren werden häufig Kühlsysteme mit Zwangsölzirkulation eingesetzt, um heißes Öl über eine Ölpumpe zu einem externen Kühler zu transportieren, wo es gekühlt wird und dann in den Transformator zurückfließt. Der Vorteil der Zwangskühlungsmethode liegt in ihrer starken Wärmeableitungskapazität und schnellen Reaktionsgeschwindigkeit, sie weist jedoch auch die Nachteile eines hohen Energieverbrauchs und einer komplizierten Wartung auf. Daher muss in praktischen Anwendungen eine angemessene Auswahl auf der Grundlage der Kapazität, der Betriebsumgebung und der Lasteigenschaften des Transformators getroffen werden, um ein Gleichgewicht zwischen Wärmeableitungsleistung und Wirtschaftlichkeit zu erreichen.

III. Kernvorteile im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren

• Deutlich verlängerte Lebensdauer: Da Sauerstoff und Feuchtigkeit nicht eindringen können, wird die Alterungsgeschwindigkeit von Isolieröl um mehr als 50 % reduziert, der Abbau von Papierisoliermaterialien verlangsamt und die Auslegungslebensdauer kann 20 bis 30 Jahre erreichen.
• Wirklich wartungsfrei: Während des Betriebs sind keine regelmäßigen Kerninspektionen erforderlich, das Trockenmittel der Atemschutzmaske muss nicht ausgetauscht werden, es ist kein Nachfüllen von Öl oder Filteröl erforderlich, es sind nur externe Inspektionen erforderlich und die Betriebs- und Wartungskosten werden um mehr als 60 % gesenkt. Es eignet sich besonders für die Installation an Orten mit unbequemen Transportbedingungen oder unbeaufsichtigten Situationen.
• Hohe Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit an die Umwelt: Der Schutzgrad kann IP67 erreichen, er widersteht Staub, Salznebel, Feuchtigkeit und korrosiven Küstenumgebungen und kann sogar betrieben werden, wenn er für kurze Zeit in Wasser eingetaucht wird. Da kein Ölausdehnungsgefäß vorhanden ist, nimmt es gleichzeitig eine kleinere Fläche ein und weist eine höhere mechanische Festigkeit gegen Kurzschlüsse auf.
• Sicherheit und Umweltschutz: Das Öl ist von der Luft isoliert, was das Risiko von Schlamm- und Brandgefahren durch Öloxidation verringert und außerdem verhindert, dass Öl die äußere Umgebung verschmutzt.

IV. Einschränkungen und Hinweise

• Die Anschaffungskosten sind etwas höher: Die Produktionslinie für Wellöltanks und die Technologie mit elastischen Platten sind komplex und die Kosten liegen etwa 15 bis 20 % höher als bei gewöhnlichen Transformatoren gleicher Kapazität, sind jedoch im Hinblick auf die Gesamtlebenszykluskosten (TCO) häufig kostengünstiger.
• Die Wartung ist schwierig: Sobald eine Schweißnahtleckage auftritt, ist es schwierig, sie vor Ort so einfach festzuziehen wie eine Schraubenverbindung, und sie muss in der Regel zur Reparatur ins Werk zurückgeschickt werden; Einige Modelle verfügen nicht über eine externe transparente Ölstandsanzeige, sodass zur Erfassung des Ölstands ein Sondenstab erforderlich ist und die Überwachung nicht so intuitiv ist wie bei herkömmlichen Modellen.
• Inspektionspunkte vor dem Betrieb: Entfernen Sie vor der Installation und dem Betrieb unbedingt die transportfeste Druckplatte (Dichtungsstift) am Druckentlastungsventil, da sonst der Druck bei abnormalem Innendruck nicht abgelassen werden kann, was zu einer Verformung des Tanks führen kann.

V. Hauptanwendungsszenarien

Vollständig abgedichtete Verteiltransformatoren werden häufig eingesetzt in:

• Städtisches und privates Verteilungsnetz: Wohngebiete, Gewerbekomplexe, unterirdische Stromverteilungsräume (hohe Anforderungen an die Feuchtigkeitsbeständigkeit);
• Gebiete mit rauer Umgebung: Salznebelgebiete an der Küste, Chemieindustrieparks, Minen, Gebiete in großer Höhe und mit hoher Luftfeuchtigkeit;
• Neue Energie und äußere Vororte: Photovoltaik-/Windparks, Transformation ländlicher Stromnetze, Verteilungstransformatoren in Berggebieten (wo die Wartung unpraktisch ist);
• Kasten-Umspannwerk: Als eingebaute Kerneinheit spart es Platz und verbessert die Gesamtabdichtung.

Mit der Verbreitung von S20, SH15 und anderen amorphen Legierungen sowie hocheffizienten Siliziumstahlblechprodukten werden vollständig abgedichtete Verteilungstransformatoren zu einem stabileren und sorgloseren „unsichtbaren Wächter“ im Verteilungsnetz, angetrieben durch den doppelten Antrieb von Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung („Dual Carbon“-Hintergrund) sowie intelligentem Betrieb und Wartung.