Угледобыча является важнейшим источником энергоснабжения Китая, и требования к трансформаторам в угольных шахтах предъявляются исключительно высокие. Эти трансформаторы должны не только обеспечивать необходимое электропитание горных работ, но и гарантировать, что их эксплуатация не создаёт угрозы безопасности шахты. С учётом современных требований угледобывающего производства в Китае в качестве основного компонента применяются эпоксиднолитые сухие трансформаторы с соответствующими конструктивными доработками внешнего исполнения.
1. Внутренняя конструкция трансформатора
Корпус шахтных трансформаторов должен выполняться во взрывозащищённом исполнении. Конструктивное проектирование взрывозащищённых трансформаторов базируется на электромагнитных расчётах с акцентом на снижение потерь, повышение электрической прочности изоляции и уменьшение перегрева. Трансформаторы, предназначенные для подземных горных выработок, должны быть удобны для транспортировки и монтажа, поэтому общие габариты аппарата минимизируются за счёт оптимизации конструкции магнитопровода и высоковольтных/низковольтных обмоток.
2. Выбор магнитопровода
Материалом магнитопровода служат холоднокатаные листы электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью. Поверхность магнитопровода покрывается эпоксидной смолой и отверждается, обеспечивая превосходную влагостойкость и коррозионную защиту. Вся сборка магнитопровода фиксируется низкомагнитными стальными плитами и стальными бандажными лентами для снижения уровня шума. Помимо минимизации шума конструкция учитывает тепловой режим и энергопотребление. Магнитопровод проектируется с низкой магнитной индукцией, чтобы исключить работу в зоне гистерезисного расширения и тем самым снизить потери холостого хода.
3. Конструкция высоковольтной и низковольтной обмоток
Высоковольтная обмотка выполняется цилиндрической, с армированием стекловолокном между слоями и заливается эпоксидной смолой в монолитный блок. Заливка производится секциями для снижения напряжённости электрического поля внутри обмотки. С обеих сторон обмотки предусмотрены продольные вентиляционные каналы для улучшения теплоотвода. Низковольтная обмотка наматывается медной фольгой и аналогично пропитывается (заливается) эпоксидной смолой.
4. Конструкция корпуса трансформатора
Корпус трансформатора должен выдерживать давление, возникающее при внутренних взрывах, и предотвращать выход взрывоопасных газов во внешнюю среду шахты, что могло бы привести к общему взрыву или пожару. Корпус изготавливается из материалов высокой прочности и одновременно обладает хорошими теплорассеивающими характеристиками.
Ключевые моменты проектирования
1. Материал эпоксидной смолы подлежит строгому контролю; как правило, выбираются компаунды класса H. Для повышения теплопроводности, механических и электрических свойств в состав вводятся добавки (ускорители и отвердители), обеспечивающие согласование коэффициента теплового расширения эпоксидной смолы с коэффициентом медного провода.
2. Заливка обмоток производится в высокотемпературной и вакуумной среде с обязательным отсутствием влаги в процессе литья.
3. Перед проектированием предусматриваются дополнительные устройства охлаждения в зоне магнитопровода и обмоток — в виде вентиляционных каналов. В экстремальных условиях допускается применение масляного или водяного охлаждения для усиления внутреннего теплоотвода.
4. Взрывозащищённый корпус также проектируется с учётом теплоотвода. Рекомендуется гофрированная конструкция корпуса: гофры значительно увеличивают поверхность теплоотдачи, позволяя внутреннему теплу рассеиваться быстрее.
Перевод выполнен с использованием стандартной российской терминологии взрывозащищённого электрооборудования и трансформаторостроения (ГОСТ Р МЭК 60079, ГОСТ 11677, ПБ 05-618-07 и отраслевые руководства по шахтным трансформаторам).