Un pianificatore di utilità sta valutando due offerte per un trasformatore di potenza con una potenza nominale di 20 MVA e a livelli di tensione di 66/11 kV. Entrambi i produttori hanno offerto la stessa capacità di potenza con perdite identiche e un prezzo approssimativamente uguale, ma la principale differenza risiede nei loro sistemi di olio. Un produttore ha progettato il trasformatore basandosi su un serbatoio di conservazione dell'olio esterno convenzionale con respiratore in gel di silice, mentre l'altro produttore ha progettato un serbatoio di espansione ondulato senza un conservatore. Il pianificatore comprende che il tipo di sistema di olio scelto influisce non solo sul sistema di conservazione dell'olio stesso, ma impatta anche sul programma di manutenzione, sul livello di rischio di incendio e sul prezzo; tipicamente il costo dell'unità con un conservatore sarà superiore di 5-10% rispetto al prezzo di un'unità sigillata, ma la prima opzione consente di gestire l'olio secondo regolamenti semplificati per molti anni a venire.
La guida fornisce informazioni su a cosa serve un conservatore, quali diversi design esistono sul mercato, come calcolare la sua dimensione e come scegliere quelli che si adattano meglio al sistema di conservazione dell'olio del trasformatore isolato in olio.
Cos'è un conservatore di trasformatore?
Un conservatore può essere definito come un serbatoio ausiliario cilindrico o rettangolare posizionato nella parte superiore del serbatoio principale del trasformatore, interconnesso con il serbatoio principale tramite un tubo. Possiede il volume di olio in riserva per fluttuare a livello in base alla variazione di temperatura (carico). Quando l'olio si espande a causa del riscaldamento, può essere riempito nel conservatore in modo che non si crei pressione nel serbatoio principale. L'olio scorre tra il conservatore e il serbatoio principale senza creare un ulteriore vuoto durante il funzionamento. Il conservatore rimane aperto all'aria atmosferica tramite un respiratore (o è sigillato con una membrana), che è un ulteriore motivo importante per cui deve essere posizionato nella parte superiore del serbatoio principale.
In assenza di un conservatore, un serbatoio completamente sigillato significherebbe che la pressione interna aumenta man mano che l'olio si espande, e in caso di raffreddamento, si crea un vuoto all'interno, il che provoca stress alla costruzione del serbatoio e conclusioni.
Tre caratteristiche portano a questi risultati.
L'olio si espande a seconda della temperatura. L'olio minerale si espande di circa 0.07% per ogni grado Celsius di temperatura. Utilizzando un serbatoio di capacità di 10.000 litri sottoposto a una variazione di temperatura di 50°C, e tenendo conto che il volume di olio e la pressione aumenterebbero di 350 litri, diventa chiaro che il serbatoio rigido sigillato può either rompersi o spingere l'olio fuori attraverso il foro di respirazione.
Il serbatoio principale deve essere sempre pieno. Se l'olio nel serbatoio principale scende, il suo avvolgimento superiore diventa scoperto e consente all'umidità di entrare nell'isolamento nello spazio gassoso. Con l'aiuto del conservatore, l'olio riempie facilmente il serbatoio principale.
La pressione nello spazio gas deve essere gestita. Il design del conservatore consente di avere un piccolo spazio gas sopra l'olio che è controllato dal respiratore. Se il design è senza il conservatore, lo spazio gas crescerebbe e diminuirebbe con l'aumento del carico, e di conseguenza, l'aria verrebbe spostata dentro e fuori dal serbatoio.
Così, diventa possibile realizzare il sistema di conservazione dell'olio “a respiro libero”.
Confronto dei design dei conservatori
| Design | Come funziona | Riserva tipica di volume d'olio | Costo relativo |
|---|---|---|---|
| Conservatore cilindrico esterno | Tamburo separato sopra il serbatoio, respiratore in alto, tubo dell'olio sotto | 8-15% del volume del serbatoio | Linea di base |
| Conservatore a membrana / sacchetto | Sacchetto di gomma o membrana separa l'olio dall'aria; spazio gas sigillato | 8-15% | +10-20% rispetto al conservatore semplice |
| Design della parete del serbatoio ondulato | Nessun conservatore separato; la parete flessibile del serbatoio ondulato assorbe l'espansione | Integrata | Simile al conservatore semplice |
| Serbatoio sigillato / con gas | Serbatoio fisso con cuscino di azoto o membrana; nessun respiratore | Nessuno (spazio gas) | +5-15% |
Il conservatore esterno con un respiratore rimane il design più comune al mondo perché è semplice, economico da costruire e facile da ispezionare. Il conservatore a membrana aggiunge un sacchetto di gomma che separa completamente l'olio dall'aria esterna, quindi l'olio non vede mai ossigeno o umidità dal respiro — a costo di un sacchetto che deve essere controllato per danni. Il design del serbatoio ondulato elimina il recipiente separato ed è popolare sui trasformatori di distribuzione dove lo spazio e la semplicità contano più della comodità di manutenzione.
Dimensionamento corretto del conservatore
Il conservatore dovrebbe avere una capacità sufficiente per tenere conto del volume di olio da espandere tra la temperatura minima durante il funzionamento e la temperatura massima consentita dell'olio superiore. Ogni passaggio deve essere eseguito: Determinare l'intervallo di temperatura. In condizioni normali temperate, l'olio si comporta da -10 gradi all'avvio a freddo fino a 90 gradi mentre è sotto carico, il che corrisponde a un'oscillazione di temperatura di 100 K. In caso di regioni calde — utilizzare dati reali invece. Calcolare il volume di olio da espandere, il che richiederebbe di moltiplicare il volume dell'olio per il coefficiente di espansione, grosso modo 0.0007 per K moltiplicato per il grado di oscillazione della temperatura. Così, ad esempio, il volume dell'olio raggiunge 10.000 kg a 100K, che sarebbe pari a circa 700 litri. È necessario tenere conto dello spazio di riserva per l'indicatore del livello dell'olio. Il conservatore dovrebbe indicare il livello dell'olio tutto il tempo dalla marcatura massima mentre è caldo e dalla marcatura minima mentre è freddo, suggerendo così 20 a 30% più olio rispetto al volume preciso dell'olio, che è considerato essere circa 8 a 15% del volume generale dell'olio del serbatoio. Calcolare tutto in modo errato costerà soldi significativi. Se il conservatore è piccolo, l'olio fuoriuscirà attraverso il respiratore portando a macchie di olio sul serbatoio e umidità assorbita; mentre se il conservatore è sovradimensionato avrà materiali e olio in eccesso. Per dimensionare rapidamente, iniziamo con il volume totale di olio nel trasformatore, ecco valori di riferimento ingegneristici esemplificativi per il conservatore per un'oscillazione di temperatura di 100 k:
| Valutazione del trasformatore | Volume Totale di Olio Tipico | Volume di Lavoro del Conservatore (10-12%) | Volume del Serbatoio del Conservatore (con riserva per manometro) |
|---|---|---|---|
| Distribuzione 100 kVA | 300-400 L | 35-50 L | 60-80 L |
| Distribuzione 1 MVA | 500-2.000 L | 150-240 L | 250-350 L |
| Potenza 10 MVA | 000-12.000 L | 800-1.400 L | 200-2.000 L |
| Potenza 40 MVA | 000-35.000 L | 500-4.200 L | 500-6.000 L |
Accessori e Protezione del Conservatore
| Accessorio | Scopo | Specifica tipica |
|---|---|---|
| Dispositivo di respirazione in gel di silice | Deumidificare l'aria che entra nel conservatore | 1-15 kg di essiccante, indicatore di cambio colore |
| Indicatore di livello dell'olio (magnetico) | Mostra il livello dell'olio a colpo d'occhio | Galleggiante + puntatore, quadrante contrassegnato Min/Max |
| Relè Buchholz (gas) | Rilevare gas e sovrapressione dell'olio nel tubo del conservatore | DN50-DN100, due interruttori a galleggiante |
| Membrana / cella d'aria | Separare l'olio dall'atmosfera in design sigillati | Sacchetto di gomma, sostituibile |
| Riscaldatore del conservatore (opzionale) | Prevenire la condensazione in climi freddi | Termostatico, resistente alle intemperie |
Su un trasformatore dotato di conservatore, il relè Buchholz è montato nel tubo tra il serbatoio principale e il conservatore — la sua posizione corretta e standard. Il dispositivo di respirazione è montato sulla parte superiore del conservatore e l'indicatore dell'olio sul tappo finale. Tutti questi accessori sono testati come parte del test di routine del trasformatore in una fabbrica gestita correttamente.
Conservatore vs. Serbatoio Corrugato vs. Design Sigillati
| Caratteristica | Conservatore Esterno | Serbatoio Corrugato | Sigillato / Con Gas |
|---|---|---|---|
| Contatto olio-aria | Controllato tramite dispositivo di respirazione | Controllato tramite dispositivo di respirazione | Nessuno (sigillato) |
| Accesso per manutenzione | Eccellente; facile da ispezionare e riempire | Buono; livello tramite indicatore | Limitato; solo campionamento dell'olio |
| Impatto sul costo del trasformatore | +5 a +10% | +3 a +8% | +5 a +15% |
| Applicazione tipica | La maggior parte dei trasformatori di potenza e distribuzione | Distribuzione, siti con spazio limitato | Dove l'ingresso di umidità deve essere minimizzato |
| Rischio di incendio | Simile; il volume dell'olio è il fattore determinante | Simile | Leggermente inferiore esposizione all'ossigeno |
Per trasformatori superiori a 5 MVA, il conservatore esterno è la scelta predominante perché semplifica la gestione dell'olio, l'ispezione del livello e la manutenzione del relè gas. I serbatoi corrugati dominano la classe di distribuzione da 100 a 2.500 kVA dove il prezzo e l'ingombro contano più della comodità di manutenzione. I design sigillati appaiono dove l'olio non deve mai vedere aria — ma complicano il riempimento e l'ispezione, quindi sono l'eccezione piuttosto che la regola.
Quale Design per Quale Trasformatore
- Trasformatori di distribuzione (50-2.500 kVA): conservatore esterno o serbatoio corrugato, entrambi con dispositivo di respirazione; il conservatore semplifica i controlli stagionali.
- Trasformatori di potenza (5-100 MVA): conservatore esterno con dispositivo di respirazione, relè Buchholz, indicatore di olio magnetico; conservatore a membrana dove è specificato un basso assorbimento di umidità.
- Trasformatori di aumento di generatore e di rete: conservatore a membrana o sigillato per soddisfare rigorose garanzie di qualità dell'olio.
- Installazioni in climi freddi: conservatore con riscaldatore e dimensionamento adeguato per l'estremità a bassa temperatura della gamma.
- Sottostazioni compatte e pacchetti skid: serbatoio corrugato o conservatore a membrana per risparmiare altezza e spazio.
Confronto tra marche e prezzi
| Marca | Origine | Offerta di Conservatori | Fascia di Prezzo Approssimativa (autonomo) |
|---|---|---|---|
| ABB | Svizzera/Svezia | Gamma completa di conservatori e design sigillati | $1,200-$9,000 |
| Siemens | Germania | Trasformatori di potenza dotati di conservatore | $1,500-$10,000 |
| Hitachi Energy | Svizzera | Opzioni di conservatore a membrana per grandi unità | $1,500-$12,000 |
| Schneider Electric | Francia | Conservatori per trasformatori di distribuzione | $800-$5,000 |
| Produttori di accessori specializzati (Comem, ecc.) | Italia / Cina | Serbatoi di conservatore, sacche, indicatori di livello | $500-$6,000 |
| Jiangsu Subian Energia Elettrica | Cina | Progetti di conservatore e ondulati, set completo di accessori | $600-$6,000 |
Leader europei come ABB, Siemens, Hitachi Energy e Schneider Electric costruiscono progetti di conservatore come parte di pacchetti completi di trasformatori, e produttori di accessori specializzati forniscono conservatori e indicatori di livello autonomi in tutto il mondo. Sul trasformatore stesso, il conservatore è solitamente incluso nel prezzo base, quindi il vero confronto è tra pacchetti completi. Produttori come Jiangsu Subian Energia Elettrica offrono sia progetti di conservatore esterno che di serbatoio ondulato, con il breather, il relè Buchholz e l'indicatore di olio magnetico inclusi e testati come un insieme — l'intero assemblaggio appare sul certificato di prova di routine. Il prezzo di Subian per un trasformatore dotato di conservatore si colloca circa 40-60% al di sotto delle quotazioni equivalenti dei marchi europei, motivo per cui sono una scelta comune per le utility e gli OEM in Asia, Africa e America Latina. Quando si confrontano le quotazioni, confermare sempre che il conservatore, gli accessori e i loro test siano dettagliati piuttosto che nascosti nel prezzo del serbatoio.
Suggerimenti per scegliere il conservatore appropriato
Prima di tutto, prendi decisioni sui tuoi metodi di conservazione dell'olio. Sceglierai un conservatore a respirazione libera con un breather, a membrana sigillata o completamente sigillato? La tua scelta determina il design del conservatore.
Il passo successivo è considerare la dimensione rispetto alla temperatura. Si prega di utilizzare i valori reali minimi e massimi per il tuo sito; la regola 8-15% presuppone un intervallo di 100 K, il che significa che è necessario un serbatoio più grande nei climi più freddi.
Ora controlla gli accessori. Il tuo conservatore dovrebbe avere un breather, un indicatore di olio e un relè Buchholz nelle posizioni richieste dallo schema di protezione.
Un altro passo è controllare l'accesso alla manutenzione. Nel caso in cui il tuo sito non sia presidiato, è preferibile acquistare un conservatore con un indicatore di livello che possa essere letto da lontano o un design che non richieda il controllo del livello dell'olio.
Considera l'ingombro. Dovresti utilizzare un design ondulato per sottostazioni containerizzate o conservatori esterni?
Devi anche richiedere i registri su come sono stati testati gli accessori.
Operazione e Manutenzione
I requisiti di manutenzione di un conservatore sono semplici ma particolari:
Ogni settimana, controlla l'indicatore di livello dell'olio del conservatore per eventuali discrepanze rispetto a un grafico di livello corretto per temperatura standard; qualsiasi deviazione dal grafico di livello indica la presenza di una perdita d'olio o infiltrazione di umidità nell'olio.
Sostituisci o ricarica il gel di silice situato nel breather ogni 3-6 mesi, o non appena il colore del gel di silice cambia indicando saturazione.
Annualmente esegui un test di funzionamento sul relè Buchholz posizionato nel tubo del conservatore per confermare che questo componente funzioni correttamente.
Ogni volta che si verifica un'interruzione, ispezionare la membrana che potrebbe essere posizionata all'interno del conservatore per la presenza di fori o indurimento e confermare la presenza di uno spazio sufficiente tra il sacchetto e la parete del conservatore.
Al punto di campionamento del conservatore, campionare l'olio per acqua e gas disciolti, poiché l'olio nel conservatore è considerato l'indicatore dell'intero sistema di lubrificazione.
Ignorare il manometro del conservatore è una delle principali cause di guasto del raffreddamento dell'attrezzatura in pratica; la perdita costante di olio abbassa il livello dell'olio e, poiché il relè reagisce alla generazione di gas maggiore, l'operatore scopre che il serbatoio non è stato riempito per mesi. Nonostante il fatto che il conservatore costi solo 100 dollari, avrebbe potuto indicare da tempo il fatto riguardante il basso livello dell'olio.
Domande frequenti
Quanto costa un conservatore per trasformatore?
Come componente autonomo, un serbatoio conservatore costa $800-$8,000 a seconda del volume e del materiale, più $50-$1,200 per il breather, il manometro dell'olio e il relè. Su un trasformatore completo, il design del conservatore aggiunge circa 5-10% al prezzo totale rispetto a un serbatoio sigillato. Per un'unità di distribuzione da 1 MVA, il pacchetto del conservatore aggiunge tipicamente $500-$2,000 al preventivo.
Che dimensione di conservatore mi serve?
Dimensionarlo per assorbire l'intera espansione dell'olio tra le temperature minime e massime dell'olio del tuo sito. La regola ingegneristica è 8-15% del volume dell'olio del serbatoio principale, con 10-12% il valore predefinito comune per un'oscillazione di 100 K. I climi freddi necessitano della parte più grande; i siti tropicali con bande di temperatura ristrette possono utilizzare la parte più piccola.
Qual è la differenza tra un conservatore e un serbatoio di espansione dell'olio?
Sono la stessa cosa con parole diverse. Il conservatore (chiamato anche conservatore dell'olio, serbatoio di espansione o serbatoio di conservazione dell'olio) è il piccolo recipiente montato sopra il serbatoio principale che accoglie l'espansione termica dell'olio e mantiene il serbatoio pieno. Il termine “conservatore” è lo standard nell'ingegneria dei trasformatori, mentre “serbatoio di espansione” è il termine ingegneristico più generale.
Un trasformatore può funzionare senza un conservatore?
Sì — i design a serbatoio ondulato, a membrana e completamente sigillati funzionano tutti senza un conservatore esterno separato. Ma ogni trasformatore immerso nell'olio ha bisogno di qualche forma di conservazione dell'olio. Il serbatoio ondulato utilizza la parete flessibile, il serbatoio sigillato utilizza un cuscino di azoto o una membrana, e solo il conservatore ti offre un livello dell'olio visibile e un facile accesso alla manutenzione. Per i trasformatori sopra 5 MVA, un conservatore è fortemente preferito in pratica.
Perché il manometro del mio conservatore sta scendendo?
Controlla prima il livello corretto in base alla temperatura — una diminuzione durante una notte fredda è normale. Se il livello scende al di sotto del valore indicato per la temperatura attuale, c'è una perdita d'olio (controlla le saldature, le guarnizioni e la valvola di campionamento) o l'ingresso di umidità che consuma lo spazio dell'olio. Tratta una reale diminuzione del livello come una priorità: un livello basso del conservatore può eventualmente esporre la parte superiore dell'avvolgimento e attivare un'interruzione Buchholz.
Riferimenti
- IEC 60076-1 — Trasformatori di Potenza, Requisiti Generali — Lo standard principale che copre i sistemi di conservazione dell'olio, i conservatori e gli accessori.
- IEEE C57.12.00 — Requisiti generali per trasformatori immersi in liquido — Requisiti nordamericani per attrezzature di conservazione dell'olio.
- IEEE C57.106 — Guida per l'accettazione e la manutenzione dell'olio minerale isolante — Limiti di umidità e qualità dell'olio che il conservatore protegge.
- Hitachi Energy — Prodotti per trasformatori — Riferimento per opzioni di design di conservatori e trasformatori sigillati.
- Trasformatori ABB — Riferimento del settore per la documentazione del sistema di conservazione dell'olio.
- Rivista Transformers — Articoli pratici sulla manutenzione del conservatore e sul design del sistema dell'olio.
Conclusione
Il conservatore funge da nucleo calmo del sistema di conservazione dell'olio del trasformatore. Assorbe l'espansione termica, fornisce protezione al serbatoio riempito d'olio, funge da supporto per il respiratore e per il relè del gas, e facilita il monitoraggio da parte del personale di manutenzione avendo un sistema dell'olio visibile e misurabile. A seconda che il design del conservatore che preferisci si basi su una forma solida per motivi di compattezza, o se desideri utilizzare un conservatore esterno per motivi di utilità, o se hai bisogno della soluzione a membrana per motivi di purezza dell'olio, deve comunque essere scelto saggiamente piuttosto che ereditato da una specifica ingegneristica standard.
Assicurati di dimensionare il conservatore in base alle temperature reali del tuo sito (8-15% del volume del serbatoio).
Assicurati di utilizzare il manometro dell'olio, il respiratore e il relè Buchholz come un insieme.
Controlla il manometro del livello rispetto al grafico della temperatura settimanalmente.
Elenca il conservatore e gli accessori in ogni preventivo.
Per trasformatori immersi in olio dotati di conservatore costruiti secondo IEC 60076-1 con test completi degli accessori, contatta Jiangsu Subian Energia Elettrica a www.subian-electric.com e richiedi un preventivo dettagliato con i tuoi dati kVA, tensione e temperatura del sito.