Vật liệu và thiết kế máy biến áp gắn trên cột: Những cân nhắc chính

Giới thiệu

 

 

 

Vật liệu cốt lõi được sử dụng trong máy biến áp gắn trên cột-

 

Máy biến áp gắn trên cột-là hệ thống điện tích hợp được thiết kế để vận hành ngoài trời, bao gồm bể/vỏ, lõi, cuộn dây và hệ thống cách điện-mỗi hệ thống đều quan trọng đối với hiệu suất điện, độ bền cơ học và-độ tin cậy lâu dài.

 

 

Vật liệu phổ biến được sử dụng

• Thép cán nguội:Mang lại độ bền cơ học tốt và lợi thế về chi phí, thường được sử dụng trong các môi trường nói chung nhưng phụ thuộc nhiều vào việc xử lý bề mặt để ngăn chặn sự ăn mòn trong các ứng dụng ngoài trời.
• Thép mạ kẽm:Lớp phủ kẽm cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn cho các ứng dụng ngoài trời-lâu dài trong hầu hết các hệ thống phân phối điện trên cao.
• Thép không gỉ:Cung cấp khả năng chống phun muối, độ ẩm và ăn mòn hóa học tuyệt vời, thường được sử dụng trong môi trường ven biển hoặc có tính ăn mòn cao.

 

Phương pháp xử lý bề mặt

• Mạ kẽm nhúng nóng-: Lớp kẽm dày cách ly độ ẩm và oxy, kéo dài đáng kể tuổi thọ sử dụng ngoài trời.
• Sơn tĩnh điện hoặc sơn epoxy: Tạo thành lớp bảo vệ bổ sung, tăng cường hơn nữa khả năng chống chịu môi trường và độ bền bề mặt.

 

Những cân nhắc chính
Các yếu tố chính cần xem xét khi lựa chọn vật liệu bao vây bao gồm khả năng chống ăn mòn, tuổi thọ ngoài trời và chi phí. Bảng dưới đây tóm tắt hiệu suất của các vật liệu khác nhau.

 

Vật liệu	Chống ăn mòn	Cuộc sống phục vụ ngoài trời	Tổng chi phí vật liệu và sản xuất
Thép cán nguội	Trung bình	Trung bình	Thấp
Thép mạ kẽm	Cao	Cao	Trung bình
Thép không gỉ	Rất cao	Rất cao	Cao

 

 

Vật liệu cốt lõi chung
• Thép silicon định hướng dạng hạt (CRGO):Đây hiện là vật liệu lõi được sử dụng phổ biến nhất, mang lại đặc tính từ tính ổn định và quy trình sản xuất hoàn thiện, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.
• Lõi hợp kim vô định hình:Được thiết kế dành riêng cho máy biến áp có tổn hao-thấp, nó làm giảm đáng kể tổn thất không-tải và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng-lâu dài.

 

Vật liệu cốt lõi ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào
• Không-tổn thất khi tải:Vật liệu lõi xác định độ trễ và tổn thất dòng điện xoáy của máy biến áp khi được cấp điện nhưng chưa được nạp đầy. Suy hao từ tính thấp hơn dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng ít hơn trong quá trình hoạt động lâu dài.
• Hiệu suất tăng nhiệt độ:Giảm tổn thất từ ​​tính làm giảm nhiệt độ lõi, do đó làm giảm nhiệt độ vận hành tổng thể và giảm ứng suất nhiệt lên hệ thống cách nhiệt.
• Hiệu quả hoạt động lâu dài:Việc giảm tổn thất liên tục qua nhiều năm hoạt động trực tiếp dẫn đến chi phí điện thấp hơn và hiệu quả-vòng đời tổng thể tốt hơn.

 

Kịch bản ứng dụng điển hình
• Lưới điện công cộng:Máy biến áp gắn trên cột thường sử dụng lõi CRGO để đảm bảo hiệu suất ổn định và hoạt động đáng tin cậy.
• Phân phối điện nông thôn:Hệ thống phân phối điện nông thôn thường chọn các giải pháp cốt lõi cân bằng giữa hiệu quả sử dụng năng lượng, độ bền và chi phí để thích ứng với môi trường vận hành có biến động phụ tải đáng kể.
• Dự án máy biến áp tiết kiệm năng lượng-:Máy biến áp gắn trên cột sử dụng lõi hợp kim vô định hình được sử dụng để giảm tổn thất không tải và đáp ứng các mục tiêu tiết kiệm năng lượng.

 

 

Tùy chọn cuộn dây phổ biến
• Cuộn dây đồng:Độ dẫn điện cao, ổn định nhiệt và độ bền cơ học, giảm tổn thất và nâng cao khả năng quá tải; tản nhiệt vượt trội giảm thiểu sự gia tăng nhiệt độ.
• Cuộn dây nhôm:Nhẹ và{0}}hiệu quả về mặt chi phí; độ dẫn điện thấp hơn một chút yêu cầu mặt cắt-lớn hơn để phù hợp với hiệu suất, có thể đạt được hoạt động đáng tin cậy thông qua các cấu trúc hỗ trợ được gia cố.

 

 

Những cân nhắc về thiết kế kết cấu cho máy biến áp gắn trên cột-

 

Bên cạnh vật liệu, thiết kế kết cấu còn xác định cách-máy biến áp gắn trên cột chịu được tải trọng môi trường và hoạt động ổn định trong thời gian dài.

 

Độ bền cơ học và thiết kế tải trọng
Độ bền cơ học và thiết kế tải là những yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi thiết kế máy biến áp-gắn trên cột vì chúng được lắp đặt trên các cột điện.

 

Yêu cầu đặc biệt khi lắp đặt cột
• Giới hạn trọng lượng:Tổng trọng lượng phải phù hợp với khả năng chịu tải-của cột để tránh biến dạng cột hoặc mất ổn định nền móng, những vấn đề quan trọng đối với các dự án cải tạo và nông thôn.
• Tải trọng gió/tải băng:Thùng dầu, cánh tản nhiệt và các phụ kiện bên ngoài phải có khả năng chịu được lực ngang do gió mạnh tạo ra và tải trọng bổ sung do tích tụ băng gây ra.

 

Thiết kế kết cấu nâng và lắp đặt
Để đảm bảo an toàn về kết cấu của máy biến áp gắn trên cột-trong quá trình nâng, vận chuyển và lắp đặt cột, kết cấu nâng và lắp đặt thường yêu cầu thiết kế gia cố có mục tiêu:
• Hàn tổng thể:Các vấu nâng được kết nối với thùng dầu thông qua hàn liền để phân bổ ứng suất đều, ngăn ngừa biến dạng hoặc nứt mối hàn.
• Thiết kế ổ trục-tải khung:Bu lông có độ bền-cao kết nối các giá lắp đặt với đế thùng dầu và các tấm bên để mang lại sự ổn định hệ thống treo-lâu dài.
• Hệ thống treo-khớp trọng tâm:Căn chỉnh hợp lý các điểm nâng với trọng tâm của thiết bị để tránh bị nghiêng và bảo vệ kết cấu bên trong.

 

Thiết kế chống rung và ứng suất cơ học
Máy biến áp gắn trên cột- tiếp xúc với môi trường ngoài trời trong thời gian dài và thiết kế cấu trúc của chúng phải đối phó hiệu quả với nhiều rung động và tác động cơ học khác nhau:
• Thiết kế độ cứng kết cấu tổng thể:Thông qua độ dày tấm thùng dầu hợp lý, bố trí sườn gia cố và bố trí kết cấu, độ cứng tổng thể được cải thiện, giảm biên độ rung do tải trọng gió và sức căng của dây dẫn gây ra.
• Cấu trúc cố định cuộn dây hướng trục và hướng tâm:Cấu trúc hỗ trợ hướng trục và hướng tâm để hạn chế sự dịch chuyển cuộn dây dưới tác dụng của lực điện từ ngắn mạch.
• Thiết kế chống lỏng dây buộc:Cấu trúc hoặc quy trình chống nới lỏng được sử dụng tại các điểm kết nối quan trọng nhằm giảm nguy cơ bu lông bị lỏng do rung động lâu dài.

 

Thiết kế tản nhiệt và làm mát
Tản nhiệt và làm mát thích hợp góp phần đảm bảo sự ổn định khi vận hành và kéo dài tuổi thọ.

 

Phương pháp làm mát
• ONAN:ONAN (Oil Natural Air Natural) là phương pháp làm mát phổ biến nhất cho máy biến áp gắn trên cột-. Nó loại bỏ nhiệt vận hành thông qua sự đối lưu tự nhiên của dầu biến áp và làm mát không khí tự nhiên. Phương pháp này có cấu trúc đơn giản, không yêu cầu thiết bị phụ trợ, độ tin cậy cao và mức bảo trì thấp, lý tưởng cho các ứng dụng ngoài trời dài hạn trên cao/nông thôn.
• KNAN:Cơ chế tuần hoàn tự nhiên tương tự như ONAN nhưng có chất lỏng cách điện có điểm chớp cháy cao. Khả năng chống cháy và thân thiện với môi trường cao hơn, phù hợp với các khu đô thị/đông dân cư hoặc các công trình có yêu cầu khắt khe về an toàn/môi trường, giảm thiểu rủi ro hỏa hoạn và rủi ro sinh thái.

 

Cân nhắc về thiết kế tản nhiệt
• Khả năng thích ứng với môi trường có nhiệt độ-cao:Hệ thống làm mát phải đảm bảo tuần hoàn dầu trơn tru trong điều kiện nhiệt độ môi trường cao để tránh tích tụ nhiệt ảnh hưởng đến độ ổn định vận hành.
• Độ tăng nhiệt đạt tiêu chuẩn IEC/ANSI:Thiết kế tản nhiệt tổng thể phải đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn quốc tế liên quan về mức tăng nhiệt độ và hoạt động an toàn để đảm bảo độ tin cậy lâu dài.

 

Thiết kế hệ thống cách nhiệt
Hệ thống cách nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn điện và độ tin cậy lâu dài-. Thiết kế của nó đòi hỏi phải xem xét hiệu suất điện, độ ổn định nhiệt và khả năng thích ứng với môi trường.

 

Lựa chọn dầu cách điện
• Dầu khoáng:Sở hữu đặc tính cách điện tuyệt vời và kinh nghiệm ứng dụng trưởng thành. Nó đáp ứng hiệu quả các yêu cầu cách nhiệt và tản nhiệt cơ bản của hệ thống phân phối điện thông thường, với chi phí có thể kiểm soát được và hệ thống bảo trì hoàn thiện.
• Dầu este tự nhiên:Có khả năng phân hủy sinh học cao và có khả năng chống cháy vượt trội so với dầu khoáng. Nó phù hợp cho các ứng dụng gắn trên cột có yêu cầu cao về môi trường hoặc môi trường lắp đặt hạn chế.

 

Hệ thống cách nhiệt rắn
• Cấu trúc giấy cách nhiệt tẩm dầu:Các cuộn dây và lõi sử dụng giấy cách điện tẩm dầu-để cách điện giữa các lớp, giữa các vòng và cách điện với đất. Điều này tạo thành một hệ thống cách nhiệt composite ổn định trong dầu, cân bằng độ bền điện và hiệu suất lão hóa nhiệt.
• Phù hợp với cấp độ vật liệu cách nhiệt:Cấp độ chịu nhiệt của vật liệu giấy cách nhiệt phải phù hợp với phương pháp làm mát và tăng nhiệt độ cuộn dây để ngăn chặn sự suy giảm hiệu suất cách điện do quá nhiệt cục bộ.

 

Khoảng cách và bố trí cách nhiệt
• Thiết kế khe hở điện hợp lý:Phải duy trì khoảng cách cách điện vừa đủ giữa các cuộn dây, cuộn dây và lõi điện áp cao và thấp, các bộ phận mang điện và thùng dầu để đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu điện áp và điện áp xung.
• Phân bố điện trường đều:Bằng cách tối ưu hóa cách sắp xếp cuộn dây và cấu trúc cách điện, diện tích tập trung điện trường sẽ giảm, giảm nguy cơ phóng điện cục bộ và cải thiện độ tin cậy vận hành lâu dài.

 

 

Tiêu chuẩn an toàn và tuân thủ

 

An toàn và tuân thủ là những yêu cầu cơ bản đối với-các nhà sản xuất máy biến áp gắn trên cột trong thiết kế sản phẩm. Do thiết bị hoạt động ở không gian công cộng trong thời gian dài nên thiết kế kết cấu và điện của thiết bị phải đảm bảo an toàn và đáng tin cậy trong các điều kiện môi trường và tình huống vận hành khác nhau.

 

Tiêu chuẩn áp dụng
Nói chung, phải đáp ứng các tiêu chuẩn sau:
• Tiêu chuẩn IEC:Đảm bảo rằng máy biến áp gắn trên cột đáp ứng các yêu cầu về mức cách điện, giới hạn tăng nhiệt độ, hiệu suất chịu được điện áp và an toàn cơ học.
• Tiêu chuẩn ANSI/IEEE:Đáp ứng các yêu cầu cụ thể của thị trường Bắc Mỹ về mức điện áp, khả năng chịu đựng ngắn mạch{0}}, phương pháp nối đất và khoảng cách an toàn.

 

Các tính năng thiết kế an toàn chính
• Thiết kế bảo vệ lỗi:Cầu chì-tốc độ cao được định cấu hình để nhanh chóng ngắt dòng điện quá mức, bảo vệ máy biến áp khỏi bị đoản mạch và quá tải nghiêm trọng.
• Thiết kế hệ thống nối đất:Các đầu nối đất đáng tin cậy được cung cấp trên bình chứa và kết cấu lắp đặt, cho phép dòng điện sự cố nhanh chóng được xả xuống đất, giảm nguy cơ bị điện giật và bảo vệ các thiết bị xung quanh.
• Khả năng tương thích chống sét và chống sét:Tương thích với các thiết bị chống sét, giải quyết hiệu quả các vụ sét đánh thông thường và vận hành các hiện tượng quá điện áp trong hệ thống phân phối trên cao.

 

 

Chất liệu và thiết kế phù hợp giúp giảm chi phí vòng đời như thế nào

 

Thiết kế máy biến áp cực phù hợp và lựa chọn vật liệu là những yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát tổng chi phí vòng đời của thiết bị, từ lắp đặt, vận hành đến bảo trì.

 

 

 

Phần kết luận

 

Vỏ-chống ăn mòn, lõi hiệu suất-cao, vật liệu cuộn dây thích hợp và hệ thống cơ, nhiệt và cách nhiệt được tối ưu hóa cùng nhau xác định độ an toàn, độ tin cậy và hiệu quả vận hành của thiết bị. Khi các yếu tố thiết kế này tuân thủ các tiêu chuẩn IEC hoặc ANSI/IEEE, máy biến áp gắn trên cột-có thể giảm được yêu cầu bảo trì, kéo dài tuổi thọ sử dụng, tỷ lệ hỏng hóc thấp hơn và cải thiện tính kinh tế của vòng đời-tổng thể.

Đối với người mua, việc chọn một nhà sản xuất máy biến áp gắn trên cột có khả năng thiết kế tốt và kinh nghiệm tuân thủ tiêu chuẩn là rất quan trọng để đảm bảo giá trị đầu tư và hoạt động ổn định lâu dài. SCOTECH là nhà sản xuất máy biến áp gắn trên cột-có kinh nghiệm; Xin vui lòngliên hệ với chúng tôiđể hỏi thăm.