SGB a ekodesign transformátorů

Dne 11.června 2014 vstoupilo v rámci celé EU v platnost NAŘÍZENÍ KOMISE (EU) č. 548/2014. Toto nařízení předepisuje výrobcům transformátorů velikost maximálních ztrát,
přísnější výrobní tolerance ve výrobě z hlediska ztrát a minimální účinnost transformátorů.
Velikost ztrát a nových tolerancí je možno nalézt na stránce: http://www.elpro-energo.cz/download/clanky-v-tisku/ekodesign-transformatoru4.pdf.

Suché transformátory SGB = snoubení skelného vlákna a pryskyřice zalité pod vakuem

Transformátory SGB se zcela odlišují od transformátorů ostatních výrobců technologií výroby VN cívek, které jsou elektricky nejnamáhavější části transformátoru. SGB používá speciální typ takzvaného dvouvrstvého polohového vinutí umožňující integrovat do vinutí vnitřní chladící kanálky a použití kombinace čisté pryskyřice a skelného vlákna. Izolačním materiálem je pak kompozit tvořený epoxidovou pryskyřicí a skelnými vlákny, který vzniká v autoklávu za zvýšené teploty při nízkém tlaku blížícího se hodnotám vakua. Výsledkem je vysoká mechanická pevnost a zkratová odolnost, vynikající odvod tepla z vnitřních částí cívky, minimální hodnoty částečných výbojů a značná výkonová (proudová) přetížitelnost.

Čím se odlišujeme?

Vysokou životností

U suchých transformátorů tradiční technologie s běžným vinutím jsou k dispozici pro chlazení jen vnitřní a vnější povrchové plochy válcového vinutí. Aby se dosáhlo nutné povrchové plochy, musí být cívky větší, než by bylo požadováno elektrickými parametry. Technologie zvolená SGB – dvouvrstvé vinutí – dovoluje naproti tomu jednoduchým způsobem vsazení dodatečných chladících kanálků dovnitř cívky (viz obrázek č. 1). Tak se získá další chladící plocha, díky čemuž se může cívka optimálně navrhnout s ohledem na mechanické rozměry. Optimalizované chlazení umožňuje redukci teploty VN vinutí a mimo to rovnoměrné rozdělení teploty celého transformátoru, což zajišťuje vyšší životnost. Chladicí kanály též dobře odvádějí teplo z tzv. ”hot spot„ – tj. z oblastí nejteplejšího místa vinutí, které vznikají vlivem vyšších harmonických uvnitř cívek např. u měničových a trakčních transformátorů.

Pevnosti pryskyřice

Rozhodující pro tyto vlastnosti je složení pryskyřice – základní hmoty, ve které je vodič zalit. Přitom záleží zejména na pevnosti v tahu a teplotní roztažnosti vrstvené hmoty ve vztahu k vodivému materiálu. U běžných suchých transformátorů se skládá tato pryskyřice ze 70% z minerálního plniva, což je převážně křemičitá moučka. Taková hmota má pevnost pouze epoxidové pryskyřice, tedy asi 50 N/mm2 (srovnání v tabulce č. 1). U SGB je technologie zcela jiná. Izolační systém se skládá z kompozitního materiálu, který tvoří epoxidová pryskyřice a skelná vlákna, která jsou zavinutá mezi jednotlivými vrstvami vinutí a na povrchu. To zvyšuje pevnost v tahu na 120 N/mm2, což je pevnost některých ocelí. Tento kompozitní materiál má i výhodnější koeficient teplotní délkové roztažnosti, který leží v polovině rozsahu mezi koeficienty délkové roztažnosti mědi a hliníku. Více na našich stránkách.

Možnosti proudového přetížení

Suché transformátory SGB mají při přetížení výhodu nejen proti olejovým transformátorům, ale i proti suchým transformátorům obvyklé konstrukce. Obvyklé konstrukce využívají běžné vinutí cívky, u které se vinutí skládá z hliníkového pásku a fóliové izolace závitů z tenkého plastu. Třída izolace je F bez tepelné rezervy, kterou izolační systém běžných transformátorů neumožňuje. Více o tomto zde.

Potlačení rázových napětí

Jen SGB suché transformátory mají dvouvrstvé polohované vinutí VN cívky zalité pod vakuem. To značně zvyšuje bezpečnost při působení rázových napětí, která jsou způsobena úderem blesku nebo vakuovými spínači. Běžné vinutí cívek ostatních transformátorů (ABB Zaragoza, Siemens Geafol, Schneider Trihal, SEA, TMC, BEZ Bratislava, GBE, a.j.) vede k velmi rozdílnému napěťovému namáhání zvláště vstupních závitů, protože 70% rázového namáhání se vyskytne na prvních 30% závitů. Riziko závitového zkratu se tím značně zvyšuje. Dvouvrstvé vinutí SGB naproti tomu zaručuje lineární rázové namáhání pro všechny závity v dané cívce. Rozdíl je patrný na obrázku č. 2 a byl potvrzen měřením. Více zjistíte zde.

Obrázek č. 1:
Srovnání technologie bez a s chladícími kanálky.
Obrázek č. 2:
Rozdělení napětí u polohovaného (pyramidového) vinutí.
MateriálKoeficient tepelné roztažnosti
[1/K*10 -6 ]
Pevnost v tahu
[N/mm 2 ]
Hliník 23,8 70
Měď 16,2 230
Pryskyřice 65 60-80
Skleněné vlákno 5 1500
Pryskyřice s křemičitou moučkou (66%) běžná technologie 38 50-60
Kompozitní materiál SGB (pryskyřice + skelné vlákno) 20 120
Ocel 11,5 370-850
Tabulka č. 1:
Srovnání koeficientů tepelné roztažnosti a pevnosti v tahu.

Silné a slabé stránky jednotlivých výrobních procesů

Typ zaléváníVlhký proces navíjeníVe vakuu zalévané, pryskyřice smíchaná s křemičitou moučkouVe vakuu zalévané, čistá pryskyřice posílená skelnými vlákny
VýrobceABB RESIBLOCSiemens a jeho klony (naprostá většina výrobců)SGB
Rozložení napětíDobré díky dvouvrstvému polohovanému vinutíŠpatné kvůli diskovému vinutí z fólieDobré díky dvouvrstvému polohovanému vinutí
Částečné výbojeVýborné pro nižší napětí, horší pro 20 a 30 kV díky impregnaci za atmosférických podmínek; skelná vlákna s vodní vrstvou na povrchuDostačující díky vysoké viskozitě pryskyřičné směsi; jednotlivé disky vinutí jsou pouze zapouzdřenéVýborné díky nízké viskozitě čisté pryskyřice při pracovní teplotě, jednotlivé vodiče jsou kompletně zalité
PřetížitelnostDobrá, vysoký obsah skelného vlákna a teplotní index izolace vinutí odolává teplotním a mechanickým namáhánímMinimální, vodivé fólie jsou izolovány polyesterovými pláty, Minor, (teplotní index 145 °C), žádné interní zesílení skelným vláknemDobrá, izolace vodičů má teplotní index 200 °C, homogenní zesílení pomocí skelných vláken
Teplotní šokyDobré, vysoký obsah skelného vlákna, radiální posíleníDostačující, nutné použít vnitřní a vnější vrstvu skelných vláken, bez interního zesíleníDobré, homogenní zesílení pomocí skelných vláken
Spolehlivost výrobního procesuZávislá na přesnosti pracovníka vyrábějícího cívkuDobrá, proces může být z velké části automatizovánDobrá, proces může být z velké části automatizován

Olejové transformátory SGB = nejvyšší možná kvalita

U transformátorů SGB je vše podřízeno jedinému. Bezproblémový a téměř bezúdržbový provoz po dobu min. 40 let. Transformátor je zařízení namáhané vlivy jak z elektrické sítě (přepětí z blesku nebo okolní sítě, vyšší harmonické nebo spínací a vypínací rázy, externí zkraty, krátkodobá přetížení), tak povětrnostními (déšť, mráz, mlha, kroupy, letní vedra). Nic není zadarmo, ani nižší cena ne.

40 let bezúdržbového provozu je opravdu dlouhá doba a bylo by zajímavé vidět jakýkoliv automobil, který by tak dlouhou dobu bez údržby vydržel…

Co děláme jinak?

Jmenovitý výkon je opravdu jmenovitým výkonem pro trvalý provoz. Jmenovitý výkon každého nového typu transformátoru je ověřen oteplovací zkouškou pro 100 % výkonu na zkušebně SGB. Zkušebnou SGB prošlo mnoho výrobků od jiných výrobců a jejich jmenovitý výkon je často o 10-15% menší, než deklaruje výkonový štítek. Počítá se s tím, že jediná možnost ověření je oteplovací zkouška, která je velmi nákladná a zákazník od ní ustoupí. Zneužívá se i fakt, že zákazník kupuje transformátor s výkonovou rezervou, díky čemuž se na nedostatečný výkon běžně nepřijde. Faktory, které toto mohou napovědět, jsou mimořádně nízká hmotnost a malé rozměry. Úspora materiálu se musí někde projevit.

Izolační vzdálenosti cívek vinutí má SGB navržené tak, aby odpovídaly izolačním zkušebním napětím českého národního prostředí pro jmenovitá napětí 22 kV resp. 35 kV. Zbytek Evropy má napěťovou úroveň sítí nižší, a proto se stále setkáváme s redukovaným izolačním napětím 125 kV resp. 95 kV, které je jinde v Evropě dostačující, u nás však nikoli. Dle ČSN je správná hodnota zkušebních izolačních napětí 150 kV resp. 190 kV u 35 kV sítě. Úspora při použití transformátorů s nižším izolačním zkušebním napětím se projeví na spolehlivosti při prvním úderu blesku.

Jádro magnetického obvodu má SGB staženo kovovou konstrukcí a cívky jsou soustředně podepřeny dřevěnými klíny tak, aby aktivní část byla kompaktní a odolávala zkratovým silám. Toto dnes u levných konkurenčních výrobků nehledejte. Aby výrobní ceny byly co nejnižší, nasazují se v dnešní době cívky na jádro bez potřebného zajištění. Při prvním zkratu se to ovšem projeví.

Nedostatečná kvalita strojírenského zpracování nádob a povrchové úpravy se může projevit za krátký čas rzí. Popřípadě stojící vodou na víku. Je to to jediné, co lze na vlastní oči pozorovat, vše ostatní je skryto uvnitř. Proto SGB vyrábí nádoby podle vlastní konstrukce. Konstrukce nádob je přesně navržená potřebným pracovním tlakům v transformátoru tak, aby nebylo nutno použít přetlakový ventil.

Pro ochranu životního prostředí zásadně SGB používá vodou ředitelné barvy nanášené ve 4 vrstvách. 2x základní a 2x krycí nátěr.

Horní hranici výkonu hermetického transformátoru ve vlnovcové nádobě SGB zvýšila až na výkon 16 MVA.

Ztráty a hlučnost jsou parametry, na které klade SGB nejpřísnější požadavky. Nejvyšší ztráty na trhu SGB ani nenabízí, spíše naopak, posunuje pomyslnou laťku opačným směrem dolů. Stále drží primát v nejnižších ztrátách s nejnižším hlukem u transformátorů s klasickým jádrem. Ze zkušeností víme, že se transformátory SGB zpravidla používají na problémových místech v blízkosti obydlených zón. Nízké ztráty šetří Vaše peněženky a nízký hluk zajímá všechny, dnes často i Krajské hygienické stanice. Při srovnání hlučnosti transformátorů SGB s konkurencí při stejné úrovni ztrát je hladina hluku transformátorů SGB nižší až o 20 dB, což také poukazuje na jejich vynikající kvalitu.

Naše zkušenosti:

Společnost Elpro-Energo má bohaté zkušenosti v oboru s transformátory od roku 1996 a v provozu v České Republice má více než 20 tisíc aplikací. Našima rukama prošlo i mnoho transformátorů jiných výrobců, např. z Itálie, Španělska, Polska, Maďarska, Belgie, i z jiných zemí. Vždy je něco za něco. Tlak na cenu řešíme každým dnem. Vše má ale bohužel své hranice. Jak říká jeden moudrý pán: „On se ten elektrický Pán Bůh nedá ošálit…” Ale konečné rozhodnutí, co si za své peníze chcete koupit, je pochopitelně na Vás.

K dispozici je Vám tým Elpro-Energo.

UKÁZKY TRANSFORMÁTORŮ

Motto

  • Transformujeme energii pro život.

    Elpro - Energo
  • Transformujeme energii pro Vás.

    Elpro - Energo

Kontakt

Zaujal Vás tento článek a chcete vědět více? Navšivte naše stránky nebo nám napiště na e-mail: info@elpro-energo.cz