... pokračování

Který kam?
Existuje široká škála konstrukčních řešení transformátorů a tlumivek v závislosti na výkonu, kmitočtu, počtu fází a aplikaci. Zde se zaměříme na transformátory pro průmyslový kmitočet (případně s obsahem vyšších harmonických), napětí NN a VN a střední výkony od desítek kVA do desítek MVA. A zde už je běžných řešení jen několik, a to:

• olejové transformátory v různém provedení
• suché transformátory se zalévaným vinutím
• suché transformátory (nezalité)

Suché transformátory nezalité lze ještě blíže rozdělit na provedení s vrstvovým vinutím, což je vůbec nejstarší konstrukce transformátorů, a na transformátory s vinutím kotoučovým (nebo též diskovým).

Klik pro větší náhled.

Pokud probíhá vinutí jednotlivých závitů ve vrstvách, pak u závitů ležících pod sebou u jednoho čela vinutí dojde k tomu, že napětí mezi nimi je rovno dvojnásobku napětí na jednu vrstvu. To je nesmírně nerovnoměrné namáhání, vedoucí k nutnosti dělat mezivrstvovou izolaci silnou, i když jsou její izolační schopnosti využity jen na jednom okraji. Na NN to samozřejmě není až tak velký problém, ale zcela odlišné jsou poměry u vinutí VN. Proto se tato, jinak velmi jednoduchá konstrukce, používá běžně u NN transformátorů, ale u VN maximálně do napětí 7,2kV a výkonu cca 15MVA. Výhodou je relativně nízká cena, velmi nízké požární zatížení (malý kyslíkový index i při izolaci teplotní třídy H), výborná odolnost rychlým změnám okolní teploty, odolnost chladu (i do méně než -20°C) a snadná recyklovatelnost.
Suché transformátory s kotoučovým vinutím (nezalité) mají podstatně lepší rozložení napěťového namáhání a proto se vyrábějí až do napětí 36kV, s výkony do cca 15MVA. Mají stejné výhody jako předchozí, ale jejich cena je vyšší. Při správné konstrukci mají i dobrou zkratovou odolnost.

Klik pro větší náhled.

Pro transformátory VN/NN (případně VN/VN) a výkony od desítek kVA výše jsou ale naprosto převažující další dvě konstrukční provedení – transformátory se zalitým vinutím a olejové typy.

Výhody transformátorů se zalévaným vinutím:

• Suché transformátory jsou téměř zcela bezúdržbové (olejové, a to i hermetické, vyžadují podstatně rozsáhlejší údržbu). Při zvyšující se ceně pracovní síly bude tento argument v průběhu životnosti transformátoru nabývat na významu. Jejich montáž je také velmi jednoduchá.
• Omezené nebezpečí požáru: požár olejového transformátoru není nic neobvyklého a následky bývají značné, a to pro velké množství oleje a vysokou teplotu hoření (viz např. web stránky www.pozary.cz, odkud je i připojený obrázek). Ročně u nás dochází (podle oficiálních údajů Požární ochrany) téměř ke stovce požárů, způsobených transformátory a tlumivkami.

Klik pro větší náhled.
Požár olejového transformátoru

Na druhou stranu je třeba říci, že ne všechny suché transformátory jsou stejně odolné ohni – proto se rozdělují do tříd F0 a F1 (podle ČSN EN 60726) takto:

• třída F0 – blíže nespecifikované protipožární charakteristiky. S výjimkou charakteristik vlastních samotné konstrukci transformátoru nejsou přijata žádná zvláštní opatření k omezení hořlavosti.
• třída F1 – transformátory vystavené nebezpečí ohně. Je požadovaná omezená hořlavost. Musí být minimalizována emise toxických látek a neprůhledných kouřů.

Obecně lze říci, že kvalitní transformátory se zalitým vinutím jsou nesnadno hořlavé a samozhášivé. Dříve se definovala i třída F2, ale pro nejasnosti s definicemi byla nakonec zrušená.

• Ekologické hledisko – olejová trafa (zejména od „levných“ výrobců) mají úniky, nemluvě o likvidaci celého transformátoru někdy v budoucnu, kdy požadavky na ekologii budou ještě přísnější. Zalévané transformátory jsou i při likvidaci (na konci životnosti) ekologičtější (z větší části jsou recyklovatelné), než transformátory olejové.
• V prašném, vlhkém, agresivním a vůbec znečištěném prostředí je suchý transformátor výhodnější, mimo jiné proto, že má podstatně větší povrchové vzdálenosti.
• Kompaktní konstrukce zalitého transformátoru (zejména s fóliovým vinutím na NN, tj. z fólie široké po celé šířce sloupku) je odolnější účinkům dynamickým sil při zkratech.
  Transformátory TRASFOR jsou zcela odolné zkratům.
• Zároveň má tato konstrukce podstatně lepší rozložení teploty.
• Vinutí VN z hliníkových pásků umožňuje ideální rozložení napěťového namáhání (oproti nerovnoměrnému namáhání u vrstvových vinutí). To se zase projeví ve větší napěťové odolnosti transformátoru.
• Zalité provedení je celkově daleko odolnější než jiné konstrukce, a to jak mechanicky, tak proti některým vlivům prostředí (slaná mlha aj.).

Klik pro větší náhled.
Zahoření nekvalitního zalévaného transformátoru

• Pokud je zalévání prováděno kvalitně (což vyžaduje jak příslušné know-how, tak i značnou úroveň technologické kázně), je zalitý transformátor mimořádně odolný i proti přepětím. Kvalitu zalití lze do určité míry rozpoznat při zkouškách, a to podle velikosti parciálních výbojů. Normy požadují maximálně 10pC, přičemž TRASFOR může garantovat 5pC. Skutečně dosahované hodnoty se pohybují kolem 2pC.
• Pokud je kvalitně složený magnetický obvod (opět je to otázkou technologické kázně), má zalévaný transformátor i nízké ztráty naprázdno (záleží samozřejmě i na typu trafoplechů) a malou hlučnost.
• Zalévané transformátory lze vyrobit i v provedení odolném otřesům a vibracím (např. do zemětřesných oblastí, do lodí, na lokomotivy). TRASFOR má v tomto směru velikou tradici. Používaná pryskyřice se vyznačuje určitou pružností – je houževnatá. Lze z ní vyrobit transformátory i do zemětřesné zóny 4 (nejvyšší zóna).
• Zalévané transformátory běžného provedení jsou v teplotní třídě F (do 155°C), ale TRASFOR je vyrábí i ve třídě H (do 180 C).
• Zalévané transformátory lze vyrobit i v provedení se sníženými ztrátami naprázdno, případně i nakrátko. Takové provedení šetří provozní náklady.
• U zalévaných transformátorů je výhodnější provedení vinutí z Al oproti Cu (viz další odstavec).
• Zalévané transformátory mají podstatně nižší nároky na stanoviště (zaberou méně místa) a nevyžadují olejovou jímku. Díky jejich vlastnostem je lze umístit blíže k místu spotřeby a tím opět o něco snížit ztráty.
• Vinutí NN lze provést jako chlazené vodou (chladicí voda přímo protéká vodičem), případně lze vodou chladit i jádro (magnetický obvod).
• Vzhledem k velké časové oteplovací konstantě lze zalité transformátory krátkodobě přetěžovat. Pro možnost ještě většího krátkodobého zvýšení výkonu (případně pro zvýšení výkonu při stejné velikosti transformátoru) lze osadit radiální ventilátory (pod vinutím, na spojce magnetického obvodu), případně u krytých provedení i axiální ventilátory (ve stropě krytu).
  Ventilátory ale samy mají určitou spotřebu, takže snižují účinnost transformátoru. S ohledem na pohyblivé části je i jejich životnost obvykle kratší, než životnost samotného transformátoru. Rychlejší proudění vzduchu také způsobuje větší zanášení větracích mřížek nebo otvorů.

Radiální ventilátory, možnost přetížení až o 40%

Axiální ventilátory, možnost přetížení až o 50%

• Při uzavřeném provedení transformátoru (v krytí IP44 až IP54) lze díky výměníku tepla vzduch/voda využít ztrátové teplo transformátoru a přitom umístit transformátor do míst, kam by se obtížně přiváděl chladicí vzduch (např. na lodi).
• Z výše uvedeného vyplývají i typické aplikace pro kvalitní zalévané transformátory:
  všude tam, kde jde o bezpečnost – tedy letiště, nemocnice, metro, v dolech, pro lodní a pobřežní zařízení a také v případech vysokých nároků na spolehlivost či ekologii.

Na druhou stranu jsou místa a aplikace, kde vychází výhodnější olejové transformátory, a to jsou:

• venkovní prostředí s teplotami hluboko pod bod mrazu a se zapínáním transformátorů z těchto nízkých teplot. Běžné zalévané transformátory lze bez dalších opatření zapínat až od teplot -5°C. Existují sice provedení až do -20°C, ale je to na úkor řady jiných vlastností.
• provedení pro napětí vyšší než U₀ = 35kV a výkony větší než cca 20MVA
• transformátory ve speciální zapojení (TRASFOR vyrábí tyto speciality v pobočném závodě Specialtrasfo).
• obecně lze říci, že olejový transformátor běžného provedení je investičně levnější než zalévaný, jeho provoz je však nákladnější.

... pokračování

Ing. Pavel Mužík
 obchodní zástupce společnosti TRASFOR S.A.