Struttura dell'avvolgimento del trasformatore di distribuzione immerso in olio da 630 kVA e 10 kV

1. Principi fondamentali di progettazione della struttura di avvolgimento

• Corrispondenza della capacità di carico: La sezione trasversale dell'avvolgimento, il numero di spire e lo spessore dell'isolamento sono calcolati per resistere alla capacità nominale di 630 kVA e alla tensione di 10 kV, con una capacità di sovraccarico del 10% per carichi di picco a breve termine (secondo gli standard IEC 60076).
• Minimizzazione delle perdite: Grazie al rapporto rame-ferro ottimizzato e alla disposizione degli avvolgimenti, il design riduce sia la perdita di rame (dovuta alla resistenza degli avvolgimenti) sia la perdita parassita (dovuta ai campi magnetici di dispersione), garantendo un'efficienza del trasformatore superiore al 98.5% a pieno carico.
• Stabilità meccanica e termica: La struttura è rinforzata per resistere alle forze elettromagnetiche di cortocircuito, mentre i canali di dissipazione del calore sono progettati per funzionare con il sistema di raffreddamento a bagno d'olio, mantenendo le temperature degli avvolgimenti entro 105°C (temperatura di esercizio nominale).

2. Componenti chiave del sistema di avvolgimento

(1) Conduttori di avvolgimento

• Materiale: Usi fili di rame privi di ossigeno ad alta purezza (purezza del 99.95%) al posto dell'alluminio. Questa scelta riduce la resistività elettrica del 40% rispetto all'alluminio, riducendo la perdita di rame e migliorando la conduttività termica.
• Fattore di forma: Adotta filo di rame piatto isolato a doppio filamento (dimensioni: 2.5 mm × 8 mm tipiche). I fili piatti offrono un fattore di riempimento dell'avvolgimento maggiore (fino all'85%) rispetto ai fili rotondi, riducendo il volume dell'avvolgimento e migliorando l'utilizzo dello spazio all'interno del nucleo del trasformatore.

(2) Materiali isolanti

• Isolamento da spira a spira: Ogni filo di rame è rivestito con una pellicola di poliimmide spessa 0.15 mm, che resiste a temperature fino a 155 °C e all'invecchiamento dell'olio, fondamentale per l'ambiente immerso in olio.
• Isolamento strato a strato: Utilizza carta kraft spessa 0.2 mm impregnata di olio per trasformatori. Questa carta migliora la rigidità dielettrica (≥30 kV/mm) e si lega saldamente all'olio per formare un sistema isolante stabile.
• Isolamento avvolgimento-nucleo e avvolgimento-avvolgimento: Distribuisce barriere in pressboard (spessore: 5-8 mm) tra gli avvolgimenti e il nucleo di ferro, nonché tra gli avvolgimenti primari e secondari. CHH Power tratta questi pressboard con impregnazione sotto vuoto (VPI) per eliminare le bolle d'aria, prevenendo così le scariche parziali.

3. Tipo e disposizione dell'avvolgimento

(1) Avvolgimento primario (10 kV)

• Structure: Avvolgimento elicoidale cilindrico a quattro strati, ciascuno dei quali è costituito da 120-140 spire (totale di spire: ~500, calcolato in base al rapporto di tensione). Il design elicoidale (filo avvolto con un angolo ridotto rispetto alla direzione assiale) aumenta la resistenza meccanica, consentendo di resistere a forze di cortocircuito fino a 250 kN.
• Connessione: Collegamento a Y (collegamento a stella) per ridurre lo stress della tensione di linea sull'isolamento. Il punto neutro è derivato e collegato a terra, in conformità con i requisiti di messa a terra del neutro della rete.

(2) Avvolgimento secondario (0.4 kV)

• Structure: Avvolgimento cilindrico a tre strati con una densità di spire più elevata (spire totali: ~20) per adattarsi all'uscita a bassa tensione. È posizionato interno l'avvolgimento primario (disposizione concentrica) per ridurre al minimo il flusso magnetico di dispersione: ciò riduce le perdite parassite del 15% rispetto ai modelli eccentrici.
• Connessione: Collegamento Δ (collegamento a triangolo) per migliorare il bilanciamento del carico e sopprimere le correnti di terza armonica, garantendo un'uscita stabile a 0.4 kV per carichi trifase.

(3) Vantaggi del layout chiave

• Disposizione concentrica: Gli avvolgimenti primari e secondari sono coassiali con il nucleo di ferro, ottimizzando l'accoppiamento del flusso magnetico e riducendo l'induttanza di dispersione.
• Dissipazione del calore radiale: Lo spazio tra gli avvolgimenti (10-12 mm) funge da canale di flusso dell'olio. L'olio del trasformatore circola attraverso questi spazi, assorbendo il calore dagli avvolgimenti e trasferendolo al radiatore del serbatoio, garantendo una distribuzione uniforme della temperatura.

4. Produzione e controllo qualità degli avvolgimenti di CHH Power

• Avvolgimento di precisione: Utilizza macchine avvolgitrici CNC con una precisione di posizionamento di ±0.1 mm per garantire una spaziatura uniforme delle spire e un allineamento uniforme degli strati. Ciò previene il surriscaldamento locale causato da una densità di avvolgimento non uniforme.
• Impregnazione sotto vuoto (VPI): Dopo l'assemblaggio dell'avvolgimento, l'intero modulo di avvolgimento viene sottoposto a trattamento VPI, ovvero impregnato con resina epossidica termoindurente sotto vuoto e ad alta pressione. Questo sigilla le microfessure nell'isolamento, migliorando la resistenza all'umidità e la resistenza meccanica.
• Test post-produzione: Esegue tre test chiave sugli avvolgimenti:
  1. Prova di resistenza dell'avvolgimento: Verifica l'integrità del conduttore e la correttezza della connessione.
  2. Test di isolamento da spira a spira: Utilizza un generatore di sovratensione per rilevare difetti di isolamento tra le spire.
  3. Prova di resistenza al cortocircuito: Simula condizioni di cortocircuito per verificare la stabilità meccanica della struttura dell'avvolgimento.