Transformatory rozdzielcze. Przykłady nowoczesnych i tradycyjnych rozwiązań

przyczyny występowania awarii
Przyczynami występowania awarii transformatorów są najczęściej zjawiska losowe oraz występujące procesy starzeniowe izolacji. Główne przyczyny losowe to burze oraz towarzyszące im wyładowania atmosferyczne, mające wpływ na uszkodzenia uzwojenia transformatora w wyniku działania dynamicznych prądów zwarciowych i występujących przepięć. Awarie spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi dotyczą najczęściej transformatorów pracujących w słupowych stacjach transformatorowych. Brak zabezpieczenia takiej stacji przed wpływem czynników atmosferycznych może być przyczyną przyspieszonej korozji lub zawilgocenia oleju spowodowanego nieszczelnością kadzi. Innymi przyczynami awarii są fabryczne wady materiałowe transformatora, jego praca w skrajnie niskich temperaturach oraz zwarcia wywołane przez zwierzęta. Stanowią one jednak niewielki procent przyczyn awarii transformatorów [1].

Uszkodzenia transformatorów wynikające z osłabienia lub starzenia się izolacji wynikają z upływu czasu i dotyczą najczęściej transformatorów, które pracują w sieciach elektroenergetycznych od wielu lat. Na przyspieszenie tych procesów mają wpływ niewłaściwe warunki ich pracy. Dotyczy to przede wszystkim długotrwałego przeciążania transformatorów w miesiącach letnich, co powoduje przegrzewanie się uzwojeń oraz przyspieszoną degradację izolacji. Podobny efekt występuje w przypadku dużych wahań temperatury oraz wilgotności powietrza [1].

budowa transformatorów
Transformatory stosowane w elektroenergetyce można podzielić w zależności od czynnika chłodzącego elementy czynne na:

• transformatory suche – rdzeń i uzwojenie chłodzone jest powietrzem (oznaczenie A). Stosowane są w miejscach, gdzie wymagana jest mała masa urządzenia oraz wymagane jest zwiększone bezpieczeństwo przeciwpożarowe. Szczególnym wykonaniem są transformatory żywiczne, w których uzwojenia zalane są żywicą. W tym przypadku stosowane są przekładki z tworzywa sztucznego i gumowe wkładki redukują wibracje występujące pomiędzy rdzeniem a uzwojeniami. Dzięki tym rozwiązaniom redukowany jest szum generowany przez transformator. Transformatory suche charakteryzują się jednak większymi wymiarami w stosunku do olejowych dla tej samej mocy znamionowej i w wykonaniu do stosowania na zewnątrz budynku [2, 3]. Transformatory suche mają najczęściej chłodzenie powietrzne naturalne (oznaczenie AN) lub z wymuszonym obiegiem powietrza (oznaczenie AF),

• transformatory gazowe – elementy transformatora umieszczone są w hermetycznej kadzi wypełnionej sześciofluorkiem siarki (SF6). Najbardziej istotną kwestią pod względem ochrony środowiska jest zachowanie szczelności kadzi w przypadku wewnętrznego zwarcia,

• transformatory olejowe – rdzeń wraz z uzwojeniem zanurzone są w oleju mineralnym (oznaczenie O) lub syntetycznym niepalnym (oznaczenie L). Chłodzenie olejowe naturalne (oznaczenie O(L)N-AN) stosowane jest najczęściej w transformatorach o mocy do 4000 kVA. Natomiast do chłodzenia jednostek o mocy do 40 MVA stosuje się chłodzenie olejowe z wymuszonym obiegiem oleju za pomocą specjalnej pompy. W tym rozwiązaniu olej przechodzi przez specjalną chłodnicę z obiegiem wody lub powietrza (oznaczenie OF-W(A)F) [2, 3]. Tego typu konstrukcje wymagają jednak budowy koryt odprowadzających rozlany olej w przypadku rozszczelnienia kadzi transformatora lub innych konstrukcji, służących do ograniczania zagrożenia pożarowego. Kadzie transformatorów wykonane są z blachy, jest to konstrukcja spawana i odpowiednio wzmocniona, zapewniająca odpowiednią wytrzymałość mechaniczną. Odprowadzenie ciepła odbywa się przez radiatory lub przez falę na bokach kadzi. Przy zmianach temperatury podczas pracy transformatora olej zmienia swoją objętość powodując wzrost lub spadek poziomu oleju w konserwatorze. Natomiast w transformatorach hermetycznych (rozdzielczych) zmiana temperatury powoduje wzrost lub spadek ciśnienia wewnątrz kadzi - zmiany objętości oleju są możliwe dzięki elastyczności ścianek falistych kadzi [3, 4].