PROČ SUCHÉ TRANSFORMÁTORY SGB?

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 polohovaného vinutí umožňující integrovat do vinutí vnitřní chladící kanálky použitím 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.

Vysoká životnost

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). 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. oblastí nejteplejšího místa vinutí, která vznikají vlivem harmonických např. u měničových a trakčních transformátorů.

Srovnání technologie bez a s chladícími kanálky

Pevnost 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 jemný písek (křemičitá moučka). Taková hmota má pevnost pouze epoxidové pryskyřice, tedy asi 50 N/mm2 (srovnání v tabulce). 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. Výhoda zvoleného izolačního systému SGB se již mnohokrát potvrdila v testech. Teplotní zkouška šokem pro klimatickou třídu C2 dle IEC 60076-11 vychází z teploty -25 °C. SGB cívky obstály také ve zkoušce -50 °C. Výrobce garantuje, že vypnutý transformátor při okolní teplotě -25 °C může být bez předchozího vysoušení a předehřívání zapnut a okamžitě provozován na plný výkon. Jediné omezení před zapnutím je na povrchu cívek zkondenzovaná voda.

Srovnání koeficientů telepné roztažnosti a pevnosti v tahu

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 aj.) 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 níže a byl potvrzen měřením.

Rozdělení napětí u polohovaného (pyramidového) vinutí

Možnost 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. Docela jinak je to u SGB suchých transformátorů, neboť SGB používá dvouvrstvé vinutí z izolovaných vodičů, u nichž je primární izolace tvořena buď vysoce tepelně odolným polyesterovým lakem s teplotním indexem 200 °C, nebo Nomexem s teplotní třídou C (220 °C). Jelikož jsou SGB transformátory dimenzovány podle teplotní třídy F (155 °C), má primární izolace značnou teplotní rezervu, kterou lze využít při proudovém přetížení.