Воздушно- барьерный монолит. Правда или миф?

Тема трансформаторов с воздушно- барьерной изоляцией уже набила оскомину. Поэтому есть желание осветить эту тему письменно и поставить точку в этом вопросе.

В противодействие недобросовестной конкуренции и в опровержение недостоверной информации, распространяемой некоторыми производителями хотим дать некоторые комментарии на этот счет.

Термины и определения.

Для начала давайте определимся с терминологией.

Термин «воздушно барьерный монолит» — некорректный термин. Это игра слов, такого понятия и технологии не существует. Это, если можно так выразиться, коммерческое косноязычное название технологии вакуумно-нагнетательной пропитки VPI (англ. Vacuum Pressure Impregnation), которая применяется также для финальной пропитки обмоток трансформаторов с настоящей воздушно-барьерной изоляцией (Ноумекс и аналоги).

Какие технологии производства трансформаторов есть на самом деле?

• Литая в вакууме изоляция класса F(155°С), Н(180°С), С(200°С);
• Псевдо-воздушно-барьерная типа «монолит» (VPI) класса F(155°С) или Н(180°С);
• Настоящая воздушно-барьерная, типа Nomex® (Ноумекс) класса Н(180°С), С(200°С) и аналоги.

О способах производства изоляции

Таблица 1.1. Справочник «Новые материалы и системы изоляции высоковольтных электрических машин» под редакцией доктора технических наук В.М. Пака. Москва Энергоатомиздат 2007

Стоит отметить, что технология производства настоящей воздушно барьерной изоляции, созданная глобальной корпорацией DuPont (Дюпон) в России не доступна. Nomex® — это торговое название изоляции, производимой под торговой маркой концерна DuPont (англ. de Nemours, Inc.), она бывает различных видов. Ни для кого не секрет, что западные «друзья» не спешат делиться технологиями с россиянами.

Поэтому если вы хотите купить трансформатор с настоящей воздушно- барьерной изоляцией Nomex®, то нет смысла искать такой трансформатор в России. Кроме того, зачастую даже заявления недобросовестных отечественных производителей о применении технологии VPI (вакуум-нагнетательной пропитке)не соответствуют действительности. Ведь вакуумной пропитки в вашем трансформаторе на самом деле может и не быть.

— А что может быть – спросите вы?

— Да просто атмосферная пропитка VPI и не более.

Как следствие — трансформатор быстро выходит из строя из-за высокого уровня частичных разрядов в изоляции.

Таблица 2.2 Справочник «Новые материалы и системы изоляции высоковольтных электрических машин» под редакцией доктора технических наук В.М. Пака. Москва Энергоатомиздат 2007

Дабы избежать этого обмана, покупателю нужно лично посетить производственную площадку поставщика и убедиться в соблюдении технологии производства так называемого «монолита». Причем в сопровождении эксперта. И лично осмотреть вакуумные пропиточные машины на предмет:

• Их наличия у производителя как таковых;
• Их работоспособности в заданных режимах.

Кроме того, стоит уточнить у поставщика, каким именно европейским стандартам или российским ГОСТам соответствует его продукт. Или этот продукт произведен на основе ТУ кем-то, когда-то написанным?

Есть такие производители у которых вакуумные пропиточные машины представляют из себя просто баки с трубками для пускания «пыли в глаза» и создания «веселых картинок» в сети Internet.

По итогам выше сказанного, недобросовестные производители используют как минимум два способа обмана:

• Лексический (использование запутанной терминологии);
• Технологический (изготовление без точного соблюдения технологии или вовсе кустарно).

Стоит упомянуть о вертикальных каналах охлаждения часто упоминаемых в запросах покупателей.

Рис.1 вертикальные каналы охлаждения обмоток в трансформаторах с литой изоляцией.

Вертикальные каналы охлаждения не имеют никакого отношения к принадлежности к той или иной технологии производства изоляции. Каналы могут присутствовать, а могут и отсутствовать. Зависит это от мощности и назначения трансформатора, особенностей технологии производства самих катушек. Как правило, вертикальные каналы охлаждения присутствуют в обмотках НН напряжением до 1кВ. В обмотках ВН напряжением до 35кВ такие каналы в большинстве случаев отсутствуют. Ведь при грамотном проектировании обмотки, ее охлаждение будет достаточным и без этих каналов. А для случаев низкопрофильного дизайна трансформатора такие каналы присутствуют потому, что уплотнена компоновка трансформатора с целью снижения потерь и уменьшения габарита самого трансформатора. Например, трансформаторы UNITRAFO ®

Так, например, наш энергосберегающий трансформатор ТСЛ-1000 имеет габариты всего 1350*1010*1101 мм, а суммарные потери холостого хода (ХХ)+ потери короткого замыкания (КЗ) всего 9,9кВт, в то время как у иных производителей габариты и суммарные потери значительно выше. В этом и заключается его технологичность.

Случается, что некоторые заказчики, да и производители тоже, под словосочетанием «воздушно-барьерный» имеют в виду не собственно изоляцию, а вертикальные воздушные каналы охлаждения. Воздух в обмотке если имеется, то не в изоляции, а в вертикальных каналах охлаждения, которые есть в некоторых обмотках вследствие технологии изготовления слоевой намотки. И к изоляции он не имеет никакого отношения. Нужно понимать, что воздух внутри изоляции – это ее страшный враг. Именно по этой причине используются технологии с применением ВАКУУМА. Она позволяет УДАЛИТЬ ВОЗДУХ из тела обмотки, из промежутков между проводниками и из изоляции в целом.

Если подходить к запутанной терминологии формально, то литая изоляция также подходит под это название «воздушно-барьерный монолит», поскольку выполняются все условия:

1. обмотка ВН литая в вакууме, монолитная. Значит, слово «монолит» подходит;
2. обмотка НН с изоляцией «препрэг» (или намоткой проводом со слоевой изоляцией) после запекания в печи становится твердой, как литая. Значит, слово «монолит» тоже подходит;
3. в обмотках НН практически всегда имеются вертикальные воздушные каналы охлаждения, выдаваемые за воздушный барьер.  Значит, словосочетание «воздушно-барьерный» подходит. С учетом указанного выше литую изоляцию тоже можно назвать «воздушно-барьерный монолит»;
4. в обмотках ВН для класса F155 ℃ (при необходимости), а для класса Н180 ℃ — (практически всегда) имеются вертикальные воздушные каналы охлаждения, выдаваемые за воздушный барьер. Значит, словосочетание «воздушно-барьерный» тоже подходит. С учетом выше сказанного литую изоляцию снова можно назвать «воздушно-барьерный монолит».

О стандартах, применяемых при производстве трансформаторов

Согласно определениям, установленным ГОСТ Р 54827-2011 (не обязательным к применению, но активно используемом в целях выявления недобросовестной конкуренции), однозначно следующее:

1. любой трансформатор с литой изоляцией является трансформатором с капсулированной изоляцией;
2. любой трансформатор с литой изоляцией является трансформатором с монолитной изоляцией.

Это прямо указано в ГОСТ Р 54827-2011:

• пункт 3.5 «трансформатор с капсулированными обмотками: Сухой трансформатор, в котором по крайней мере одна из обмоток заключена в твердую изоляцию, которая образует с ней единое целое и защищает ее от увлажнения и загрязнения. Примечание — Твердая изоляция может быть выполнена методом литья, вакуумно-нагнетательной пропитки либо другим методом»;
• пункт 3.6 «трансформатор с монолитной изоляцией: Сухой трансформатор, в котором основной изолирующей средой служит отвержденный электроизоляционный компаунд с наполнителем».

Некоторые поставщики, опираясь на якобы жесткость российских ГОСТов относительно слабых европейских сетей, пытаются обосновать мнимые преимущества своих изделий. Это довольно смешно, поскольку российские стандарты фактически скопированы с международных (МЭК/IEC), как, впрочем, и китайские.  Поэтому в отечественных ГОСТах имеются соответствующие замечания.

Например:

— в ГОСТ Р 54827-2011 написано: «Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 60076-11:2004* «Трансформаторы силовые — Часть 11. Сухие трансформаторы» (IEC 60076-11:2004 Power transformers — Part 11: Dry-type transformers)».

— в ГОСТ Р 52719-2007 написано: «Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений следующих международных стандартов:

• МЭК 60076-1 (в части основных понятий и определений);
• МЭК 60076-2, МЭК 60076-3 и МЭК 60076-5 (в части технических требований по нагреву, электрической прочности и стойкости при коротких замыканиях)».

Так вот ты какой, северный олень…

Таким образом, выдумывание мнимых преимуществ наподобие «…наши трансформаторы разработаны по российским стандартам, имеют качественное преимущество перед трансформаторами, разработанными для европейских сетей». Это выглядит, как попытка запутать покупателя, который не углублялся в чтение стандартов и не знает первоисточников.

Вот так, и никак иначе, выглядит настоящая воздушно – барьерная изоляция типа Nomex® в трансформаторах.

Между слоями проводников обмотки ВН и/или НН  имеются видимые ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ воздушные зазоры. Все остальное – это не  воздушно-барьерная изоляция. Действительно, настоящие трансформаторы с настоящей воздушно-барьерной изоляцией имеют самые высокие показатели надежности, а потому используются в особо важных узлах энергообъектов – в основном в установках с мощными частотными электроприводами.

Вот так выглядят обмотки псевдо-воздушно-барьерной изоляции типа «монолит».

Изготовленные обычным способом обмотки (с межслоевой изоляцией и плотным расположение витков друг к другу) они не обеспечивают повышенную стойкость трансформатора к перенапряжениям и перегрузкам по току, по сравнению с изоляцией Nomex®, даже с применением проводника более высокого класса нагревостойкости H180°С, например.

Воздушно- барьерный монолит. Похож, но не то пальто.

Некоторые поставщики «монолита» в испытательном напряжении ВН зачастую указывают меньшую прочность изоляции, чем требуется по ГОСТ. Поэтому здесь тоже нужно быть внимательным: например, для классов напряжения 6кВ и 10кВ по ГОСТ требуется одноминутное испытательное напряжение 20кВ и 28кВ соответственно, а в паспорте такого «монолита» зачастую указано меньше — 16кВ и 20кВ соответственно.

Также следует уделять внимание уровню частичных разрядов: прочность изоляции может быть высокой — выдерживать и 50кВ одноминутное испытательное напряжение, однако высокие частичные разряды все равно приведут к быстрому выходу из строя.

 Заявления поставщиков «монолита» о том, что этот тип изоляции «лучше по сравнению с литой в вакууме изоляцией» – ложь. И за это их можно привлечь к суду, так как это недобросовестная конкуренция.  А цель утверждений, не соответствующих действительности — получить выгоду. В реальности как раз у «монолита» имеется ряд недостатков, а не наоборот.

Литая в вакууме изоляция тоже изготавливается классом «Н» (англ. температурная стойкость до 180°С). И за последнее десятилетие — никаких проблем у заказчиков не возникало. Так были осуществлены изготовление и поставка таких трансформаторов на объекты в России. В частности, осуществлена поставка трансформаторов с литой в вакууме изоляцией класса Н(180°С) мощностью 1000кВА, 1600кВА и 2000кВА на объекты крупных компаний добывающего сектора. Однако стоимость таких трансформаторов значительно дороже, чем обычных трансформаторов с изоляцией класса F(155°С).

Технология производства воздушно- барьерного монолита

на Youtub есть видео – в нем наглядно показана настоящая вакуумно-нагнетательная пропитка VPI (Vacuum pressure impregnation, VPI, ВНП), которая используется при производстве обмоток для трансформаторов с псевдо-воздушно-барьерной изоляцией («монолит» и т.д.). Если подобной вакуумной пропиточной машины у производителя трансформаторов нет, то это не «монолит» (VPI), а просто атмосферная пропитка «электролак», с очень низкой надежностью (ее может «пробить» всего через несколько лет эксплуатации, когда гарантия уже окончилась), кроме того, ее нужно просушивать после перевозки или хранения.

Псевдо-воздушно-барьерная изоляция («монолит»)- это довольно устаревшая технология с использованием вакуумно-нагнетательной пропитки. Это попытка адаптировать простую намотку проводом на высоковольтные трансформаторы, зачастую с пограничными для надежной эксплуатации значениями межвиткового напряжения.

Ранее, относительно дешевые трансформаторы по этой технологи активно продвигались украинскими поставщиками и их реинкарнациями в России. Видимо из-за желания поживиться остатками «советской калоши». При этом нового технологичного оборудования и самой технологии в России так и не появилось.

Однако сейчас, к счастью, технология VPI уходит в небытие. Похоже, что осталось всего два завода, которые ее продвигают — в Ярославле и Санкт-Петербурге. Однако, в открытых источниках нет точных данных об используемых на этих предприятиях вакуумных пропиточных установках, что выглядит довольно странно! Зачем скрывать, если предприятием используется якобы передовая технология? Это может свидетельствовать о недостоверности представленных в рекламе сведений. У нас же сведения полные — по ссылке в подписи можно посмотреть нашу пропиточную вакуумную машину и убедиться, что пропитка обмоток осуществляется именно тем образом, который предусмотрен данной технологией.

Воздушно-барьерный монолит. Мифы о ремонтопригодности.

В сети Internet ходит миф о «ремонтопригодности» обмоток трансформаторов с псевдо-воздушно-барьерной изоляцией «монолит». Покупателям это преподносится как, якобы, преимущество перед литой изоляцией. Однако это не выдерживает никакой критики: все трансформаторы в целом ремонтопригодны, вопрос только в объёме и стоимости ремонта.

Обычно ремонт требуется по причине пробоя в обмотках ВН, реже НН. Для ремонта сухого трансформатора требуется разборка верхнего ярма и выемка обмоток. А в случае пробоя обмотка повреждается не по поверхности, а чаще всего вглубь. То есть, повреждается несколько слоев проводников внутри обмотки, поскольку проводники располагаются тесно друг к другу. При этом сама обмотка после вакуумной пропитки становится фактически монолитной, что и отражает маркетинговое название технологии.

Вследствие этого, для качественного ремонта потребуется замена обмотки целиком. То есть, ни о каком «ремонте» обмотки речи быть не может. Ведь даже при частичной размотке поврежденного участка мастер повредит, но уже механически те слои и те проводники, которые не были повреждены при электрическом пробое. Ремонтопригодность обмотки с изоляцией «монолит» — это просто игра слов, за которой ничего не стоит.

Ремонт обмоток теоретически возможен для трансформаторов с обмотками из проводников с бумажной изоляцией типа Nomex®, когда между слоями  проводников виден воздушный зазор приблизительно 1см. Но целесообразен ли экономически такой ремонт?

Во-первых, невозможно дать 100% гарантии качества изоляции после такого ремонта. Ведь остается вероятность возникновения пробоя в другом месте отремонтированной обмотки.

Во-вторых, стоимость ремонта с учетом расходов на проводник, изоляцию, размотку, намотку, испытания и трудозатраты сопоставима со стоимостью изготовления новой обмотки.

В-третьих, ремонтом обмоток занимаются мастера- кустари, представляющие на рынке сегмент оборудования низкого качества: вторсырье, б/у, ревизия и т.п.

 Производством по технологии VPI для высоковольтных трансформаторов 6-10кВ мы сейчас практически не занимаемся, так как этот тип изоляции применяется в основном для многообмоточных выпрямительных трансформаторов, а также низковольтных морских трансформаторов типа ТСЗМ/ТСВМ напряжением до 1кВ, дросселей и реакторов. Кроме того, даже в этом случае в основном обмотки изготавливаются из медного провода.