Jest chwila ciszy, zanim zadrży pierwszy amper.

Na ekranie świeci wizualizacja 3D, w której rdzeń składa się z tysięcy cieniutkich blaszek, a uzwojenia przypominają precyzyjnie ułożone wstęgi. To tu zaczyna się życie transformatora olejowego, długo przed tym, nim trafi do stacji i zasili osiedle czy linię produkcyjną.

Dobra historia to nie magia, tylko inżynieria opowiedziana w odpowiedniej kolejności. Dziś właśnie to robimy.

W Energeks codziennie pracujemy z transformatorami średniego napięcia, prefabrykowanymi stacjami transformatorowymi, rozdzielnicami oraz magazynami energii. Łączymy praktykę z placu budowy z wymaganiami norm i oczekiwaniami inwestorów. Ten tekst to efekt wielu rozmów z projektantami, technologami i ekipami montażowymi. Pokazujemy proces w wersji, która pomaga podejmować lepsze decyzje i przewidywać skutki na etapie koncepcji.

Jeśli projektujesz, kupujesz, zamawiasz lub będziesz eksploatować transformator olejowy, to poznanie produkcyjnego łańcucha przyczyn i skutków oszczędzi Ci czasu, pieniędzy i nerwów.

Na końcu będziesz wiedzieć, dlaczego dane wymaganie w specyfikacji technicznej przekłada się na konkretne operacje, ryzyka i parametry pracy przez dekady.

Agenda

1. Projekt i wizualizacja cyfrowa

2. Rdzeń z blach CRGO i układ step lap

3. Uzwojenia. Dobór przewodów i geometrii

4. System izolacji. Papier Kraft i DDP

5. Montaż części czynnej oraz przygotowanie do badań

6. Kadź. Karbowana czy z radiatorami

7. Obróbka powierzchni i zabezpieczenie antykorozyjne

8. Suszenie aktywnej części i kontrola wilgoci

9. Próżniowe napełnianie olejem i wygrzewanie

10. Próby rutynowe i gotowość do wysyłki

Czas czytania: ~20 minut - w sam raz na wartościową lekturę do popołudniowej przerwy na kawę i wefelek!

Projekt i wizualizacja cyfrowa

Każdy transformator zaczyna się od pomysłu, który wygląda mniej jak magiczna iskra, a bardziej jak… Excel, CAD i kawa o trzeciej nad ranem. Proces projektowania transformatora olejowego to precyzyjna układanka, w której fizyka spotyka się z matematyką, a wszystko musi zmieścić się w kadzi o konkretnych wymiarach i masie.

Zanim ktoś w ogóle zamówi stal czy miedź, zespół konstruktorów tworzy cyfrowy model transformatora, zwany też digital twin – cyfrowym bliźniakiem. W tym modelu testuje się, jak zachowa się pole magnetyczne przy różnych obciążeniach, jak przepływa ciepło, gdzie powstaną naprężenia i jakie będą straty jałowe oraz obciążeniowe. To nie tylko „ładna wizualizacja 3D transformatora” – to laboratorium wirtualnych testów, które pozwala zaoszczędzić miesiące pracy i setki tysięcy złotych.

Projektant musi pogodzić kilka światów:

• elektryczny, czyli parametry napięć, przekładni i grupy połączeń,

• mechaniczny, czyli siły zwarciowe i chłodzenie,

• materiałowy, bo inne właściwości ma stal CRGO, a inne amorficzna,

• i wreszcie środowiskowy, czyli temperatura otoczenia, wilgotność i wysokość nad poziomem morza.

Tu zaczyna się inżynierski taniec między teorią a praktyką.

Na przykład: zwiększenie liczby zwojów poprawia stabilność napięciową, ale podnosi rezystancję uzwojenia i tym samym straty.

Zmniejszenie przekroju przewodu obniża koszty, ale pogarsza chłodzenie. Jak zawsze – diabeł tkwi w szczegółach, a anioł w tabeli tolerancji.

W nowoczesnych fabrykach projekt transformatora nie kończy się na papierze. Wizualizacja cyfrowa pozwala przeprowadzić symulacje w środowisku ANSYS Maxwell lub COMSOL Multiphysics, gdzie można sprawdzić, jak transformator zachowa się przy zwarciu, przegrzaniu czy impulsie udarowym. To trochę jak trening wysokogórski – lepiej, by sprzęt „dostał w kość” w komputerze niż w sieci energetycznej.

Dzięki takim modelom łatwiej też dopasować konstrukcję do prefabrykowanej stacji transformatorowej, gdzie każdy centymetr ma znaczenie.

Projektant może wcześniej zobaczyć, czy otwory montażowe, chłodnice, przełączniki zaczepów i osprzęt zmieszczą się bez kolizji. To jest właśnie magia projektu transformatora w 3D – wirtualna fabryka zanim powstanie ta prawdziwa.

Praktyczna wskazówka:

Dobrze zaprojektowany cyfrowo transformator ma już na etapie projektu zdefiniowany pełny pakiet danych: DTR (dokumentacja techniczno-ruchowa), lista materiałowa, wykaz uzwojeń i szczegółowy plan chłodzenia.

To skraca czas produkcji nawet o 20% i minimalizuje ryzyko błędów.

Rdzeń z blach CRGO i układ step-lap

W środku każdego transformatora siedzi jego ciche serce — rdzeń magnetyczny. Nie świeci, nie błyszczy, ale od jego jakości zależy, czy urządzenie będzie mruczeć jak kot, czy buczeć jak lodówka z lat 80. To właśnie rdzeń decyduje o stratach w stanie jałowym, poziomie hałasu i ogólnej sprawności energetycznej.

A wszystko zaczyna się od materiału o trzech literach, które elektrycy znają na pamięć:

CRGO – Cold Rolled Grain Oriented Steel.

Ta stal krzemowa o ziarnach zorientowanych w jednym kierunku ma wyjątkowy dar – prowadzi strumień magnetyczny tak, jak dobrze zaprojektowany kanał prowadzi wodę.

Dzięki temu straty histerezy (czyli energii zużywanej przy każdej zmianie kierunku pola magnetycznego) są nawet o 30–40% niższe niż w zwykłej stali walcowanej na gorąco. Z punktu widzenia inżyniera to tak, jakby silnik pracował na mniejszym gazie, ale z tą samą mocą.

Podczas produkcji rdzenia transformatora blachy CRGO docinane są laserowo lub nożowo z dokładnością do dziesiątych części milimetra. Ważne, by nie miały zadziorów ani mikropęknięć, które mogłyby stać się źródłem strat lub drgań. Tutaj liczy się nie tylko geometria, ale i kolejność układania. W nowoczesnych konstrukcjach stosuje się tzw. układ step-lap – technikę nakładania krawędzi blach na zakładkę, przypominającą dachówkę.

Efekt? Strumień magnetyczny płynie płynnie, bez gwałtownych „skoków” między segmentami, co redukuje hałas i poprawia sprawność.

Wyobraź sobie, że rdzeń to labirynt, w którym pole magnetyczne szuka najkrótszej drogi. Każda przerwa, każde niedopasowanie to jak dziura w ścieżce — energia ucieka w postaci ciepła i dźwięku.

Dlatego tak ważne są:
• wysoka jakość blach (niskie straty własne, np. 0,9–1,1 W/kg przy 1,5 T i 50 Hz),
• precyzja cięcia i ułożenia,
• oraz solidne łączenia jarzm i kolumn, które eliminują mikroluz.

W dużych jednostkach rdzeń montuje się segmentowo – najpierw kolumny, potem jarzmo, a całość dociska się stalowymi obejmami.

Niektóre zakłady stosują systemy klejonej izolacji międzywarstwowej, które ograniczają wibracje i poprawiają spójność pakietu. Coraz popularniejsze są też rdzenie amorficzne, jeszcze bardziej energooszczędne, choć trudniejsze w obróbce.

Z punktu widzenia użytkownika różnicę między „dobrym” a „złym” rdzeniem słychać. Dosłownie. Transformator o idealnym układzie step-lap i właściwej stali CRGO potrafi być o kilka decybeli cichszy, co w praktyce oznacza, że przy pracującym urządzeniu można normalnie rozmawiać. Dla miejskich stacji, montowanych blisko zabudowań, to nie drobiazg, a warunek akceptacji projektu.

Ciekawostka dla dociekliwych:

Niektóre linie produkcyjne stosują algorytmy optymalizacji kątów cięcia rdzenia w zależności od indukcji roboczej. To czysta matematyka pola – im lepiej ustawione ziarna, tym mniejsze zniekształcenia magnetyczne i mniejsze straty przy dużych napięciach. W efekcie transformator zyskuje kilka punktów procentowych sprawności bez dodatkowych kosztów materiałowych.

Tak powstaje fundament całego urządzenia – dosłownie i w przenośni.

Rdzeń z blach CRGO to inżynierski kompromis między fizyką, ekonomią a ciszą, która świadczy o perfekcji.

Uzwojenia. Dobór przewodów i geometrii

Jeśli rdzeń to serce transformatora, to uzwojenia są jego mięśniami – to one przenoszą energię, a od ich kształtu, materiału i izolacji zależy, jak skutecznie to robią. W teorii sprawa jest prosta: mamy uzwojenie pierwotne, wtórne, odpowiednią liczbę zwojów i prawo indukcji Faradaya. W praktyce to świat setek niuansów, które potrafią zadecydować o tym, czy transformator przeżyje pierwsze zwarcie.

Najpierw wybór metalu. Miedź czy aluminium?

Wbrew mitom, nie chodzi tylko o cenę.

Miedź ma wyższą przewodność (ok. 58 MS/m), ale jest cięższa i droższa.

Aluminium (ok. 35 MS/m) wymaga większego przekroju, ale ułatwia chłodzenie dzięki lepszemu rozkładowi temperatury. W transformatorach o mocach do kilku MVA wybór często zależy od dostępności materiału i wymogów klienta.
Więcej o różnicach przewodności i właściwościach materiałowych znajdziesz w analizach International Copper Association, która od lat prowadzi badania nad efektywnością miedzi w energetyce.

Kształt i geometria – taniec między polem magnetycznym a olejem

Uzwojenie niskiego napięcia (DN) najczęściej wykonuje się z taśmy lub przewodu prostokątnego w izolacji papierowej, układanego warstwowo. Uzwojenie wysokiego napięcia (GN) – z drutów okrągłych lub prostokątnych, również w papierze, ale o bardziej złożonej geometrii. Wszystko po to, by zminimalizować pole rozproszenia i równomiernie rozprowadzić temperaturę w oleju.

Zasada jest prosta: im krótsza droga prądu, tym mniejsze straty. Ale inżynierowie wiedzą, że rzeczywistość nie bywa prostolinijna. W uzwojeniach GN stosuje się często układy spiralne, cylindryczne lub dyskowe, które pozwalają na kontrolowane rozkłady pola magnetycznego i chłodzenie olejowe przez mikrokanały.

W laboratoriach można zobaczyć, jak takie uzwojenie w przekroju przypomina nieco wielopiętrowy tort – tyle że zamiast kremu mamy celulozowy papier Kraft i żywicę epoksydową.

Sekrety izolacji – celuloza i DDP w akcji

Każde uzwojenie potrzebuje ochrony przed napięciem i temperaturą. Tu wchodzi do gry papier Kraft i jego ulepszona wersja DDP (Diamond Dotted Paper). To materiał, w którym mikropunkty żywicy rozmieszczone są w regularnej siatce – podczas wygrzewania tworzą one „spaw” między warstwami uzwojenia. Efekt? Sztywna, odporna na drgania i wyładowania struktura.

Izolacja warstwowa z papieru DDP ma jeszcze jedną zaletę: pozwala precyzyjnie kontrolować tzw. „creepage distance”, czyli odległość upływu po powierzchni materiału. Wysoka wartość tego parametru zmniejsza ryzyko przeskoku iskrowego, co przy napięciach 15–36 kV ma kluczowe znaczenie.

Humor z hali produkcyjnej

W branży mówi się, że „uzwojenie można zrobić piękne, ale tylko raz” – bo jeśli coś pójdzie nie tak przy zwijaniu, drugiej szansy już nie ma. Zbyt duży nacisk? Uszkodzona izolacja. Za mały? Drgania. Dlatego operatorzy maszyn do nawijania często mają status artystów – potrafią wyczuć opór taśmy palcami, zanim czujnik pokaże odchylenie.

Każdy, kto miał okazję zobaczyć nawijanie uzwojenia transformatora olejowego na żywo, wie, że to jak obserwowanie zegarmistrza przy pracy w skali XXL.

Precyzja, rytm i skupienie – wszystko po to, by prąd mógł płynąć przez dekady w idealnym rytmie.

Ręczne nawijanie uzwojeń transformatora olejowego z wykorzystaniem przewodów miedzianych i izolacji papierowej DDP. Proces precyzyjnego montażu uzwojeń na rdzeniu transformatora – etap produkcji mający kluczowe znaczenie dla jakości i niezawodności urządzenia.

System izolacji. Papier Kraft i DDP

Izolacja w transformatorze to trochę jak skóra w organizmie – niewidoczna z zewnątrz, ale absolutnie kluczowa dla życia całego układu.

Bez niej nawet najpiękniej zaprojektowany rdzeń i uzwojenia nie miałyby szans przetrwać pierwszego przepięcia. I tak jak w ludzkiej skórze liczy się elastyczność, odporność i regeneracja, tak w transformatorze najważniejsze są wytrzymałość dielektryczna, stabilność mechaniczna i odporność na starzenie cieplne.

Podstawowym materiałem, który spełnia te wymagania, pozostaje papier Kraft – celulozowy klasyk o niezwykle długiej historii. Powstaje z włókien drzewnych o wysokiej czystości chemicznej, co zapewnia niską zawartość popiołów i doskonałą wytrzymałość elektryczną.

W transformatorach stosuje się go w postaci taśm, tulei i przekładek. W kontakcie z olejem mineralnym lub syntetycznym papier pęcznieje minimalnie, zachowując stabilność wymiarową, a jego mikropory pozwalają na wymianę gazów i oleju.

Ale świat izolacji poszedł krok dalej. W uzwojeniach wyższych napięć używa się papieru DDP (Diamond Dotted Paper), pokrytego regularną siatką mikrokropek z żywicy epoksydowej. Gdy uzwojenie trafia do pieca próżniowego i osiąga odpowiednią temperaturę, żywica topi się, spajając warstwy papieru w sztywną, jednorodną strukturę.

Efekt? Izolacja, która nie przesuwa się nawet przy gwałtownych udarach elektromagnetycznych i drganiach. To właśnie ten „klej” sprawia, że transformator nie „gra” podczas rozruchów dużych napędów.

Właściwie zaprojektowany system izolacji to nie tylko papier. To również impregnacja próżniowa, która usuwa pęcherzyki powietrza, oraz warstwy osłonowe z prasowanych płyt celulozowych, które przejmują naprężenia mechaniczne. Kluczowym parametrem pozostaje breakdown voltage, czyli napięcie przebicia – wartości rzędu 40–60 kV/mm świadczą o jakości materiału i czystości jego struktury.

Dobrze dobrany system izolacji transformatora olejowego to inwestycja w spokój serwisantów przez kolejne 25–30 lat. To on decyduje, czy urządzenie zniesie nie tylko napięciowe przeciążenia, ale też tysiące cykli nagrzewania i chłodzenia, które działają jak powolne, ale bezlitosne testy zmęczeniowe.

Ciekawostka z laboratoriów wysokiego napięcia

Nowoczesne badania dielektryków pokazują, że nawet niewielki wzrost wilgotności papieru z 1% do 3% może obniżyć jego wytrzymałość elektryczną o ponad 50%. Dlatego suszenie i kontrola zawartości wody w celulozie to temat, który wróci jeszcze w dalszej części tego artykułu.

Montaż części czynnej i przygotowanie do badań

W tym momencie transformator zaczyna przypominać coś więcej niż zbiór części – powoli staje się żywym organizmem. Etap montażu części czynnej to inżynierska orkiestra, w której każdy element ma swoje miejsce, moment dokręcenia i tolerancję.

Od precyzji tych ruchów zależy, czy urządzenie będzie pracować bez drgań i awarii przez kolejne dekady.

Część czynna to połączenie rdzenia, uzwojeń, jarzm, przekładek i izolacji – wszystko, co odpowiada za przewodzenie i transformację energii. Najpierw na kolumny rdzenia nakłada się uzwojenia niskiego i wysokiego napięcia.

Niektóre konstrukcje wymagają dodatkowych ekranów elektrostatycznych lub pierścieni wyrównawczych, które rozkładają pole elektryczne równomiernie na całej długości uzwojenia.

Kiedy uzwojenia są już na miejscu, przychodzi czas na złożenie jarzma, czyli górnej części rdzenia.

To jak zamknięcie pokrywy dobrze dopasowanego zegarka. Używa się tu klinów, obejm i śrub sprężynujących, które stabilizują układ mechanicznie. Całość musi być sztywna, ale nie za sztywna – transformator potrzebuje minimalnej elastyczności, aby znosić siły zwarciowe bez pękania izolacji.

Następnie montuje się przełącznik zaczepów (OLTC lub NLTC) – to on umożliwia regulację napięcia po stronie wysokiej, kompensując wahania w sieci. W dużych jednostkach montuje się go w oddzielnej komorze olejowej, w mniejszych – bezpośrednio na pokrywie.

Każdy przełącznik jest testowany elektrycznie jeszcze przed zalaniem olejem, bo dostęp do niego po montażu jest utrudniony.

Stabilność, szczelność i czystość

Trzy słowa, które rządzą tą fazą. Każda cząstka kurzu, każde niedokręcone jarzmo, każdy źle ustawiony klin może zmienić przyszły transformator w potencjalne źródło awarii.

Dlatego montaż odbywa się w czystych, kontrolowanych warunkach – nierzadko w halach z nadciśnieniem, które zapobiega wnikaniu pyłu.

Po zmontowaniu części czynnej przychodzi czas na badania wstępne.

To testy „na sucho”, które pozwalają upewnić się, że wszystko jest zgodne z projektem:

• pomiar rezystancji uzwojeń,

• sprawdzenie grupy połączeń,

• pomiar przekładni,

• kontrola izolacji międzysystemowej.

Te badania są pierwszym momentem, w którym transformator „odzywa się” – jego parametry zaczynają układać się w wykresy i liczby.

Dowiedz sie jak testujemy nasze transformatory w Energeks, wewnetrzna wiedza jakiej nie znajdziesz w Google:

Jak testujemy nasze transformatory? Fabryczna symfonia jakości!

Mała dygresja o wibracjach i cierpliwości

W doświadczonych zespołach montażowych panuje zasada:

„Nie spiesz się z klinowaniem – transformator i tak się odwdzięczy ciszą.”

Odpowiednie dokręcenie jarzm i dobór elementów sprężystych sprawiają, że urządzenie podczas pracy nie wydaje niepożądanych dźwięków.

Dźwięk to bowiem energia, która mogłaby zostać lepiej spożytkowana – na przykład na przesył prądu zamiast akustyczny koncert w głównym punkcie zasilającym >:-D

Gdzie teoria spotyka praktykę

To właśnie na tym etapie wielu młodych inżynierów po raz pierwszy rozumie, że transformator to nie tylko projekt CAD, ale fizyczna maszyna, która ma własną dynamikę, ciężar i rytm. W teorii każdy przekładnik, cewka i ekran można opisać równaniami. W praktyce – trzeba mieć oko do szczegółu i szacunek do mechaniki.

Dla tych, którzy chcą zgłębić zagadnienia związane z siłami zwarciowymi i stabilnością części czynnej, polecam publikacje Transformers Magazine, gdzie doświadczeni konstruktorzy analizują wpływ montażu na odporność transformatorów na przeciążenia mechaniczne.

Kadź. Karbowana czy z radiatorami

Każdy transformator potrzebuje pancerza. Nie po to, żeby wyglądał bojowo, ale żeby jego wnętrze – pełne uzwojeń, rdzeni i izolacji – mogło spokojnie kąpać się w oleju i nie wchodzić w interakcje z rzeczywistością zewnętrzną.

Tym pancerzem jest kadź transformatora olejowego, czyli stalowy zbiornik, który zapewnia chłodzenie, szczelność i bezpieczeństwo całej konstrukcji.

W uproszczeniu kadź to „skorupa życia” transformatora. Jej konstrukcja musi wytrzymać drgania, różnice temperatur i ciśnienia, a przy tym pozostać absolutnie szczelna przez dekady.

Dlatego projektanci wybierają między dwoma głównymi typami:

kadzi karbowanej oraz kadzi z radiatorami.

Kadź karbowana – mistrzyni kompaktowych rozwiązań

Kadź karbowana (corrugated tank) przypomina trochę harmonijkę z blachy stalowej.

Każde jej „żebro” działa jak naturalny radiator, zwiększając powierzchnię chłodzenia oleju. Gdy temperatura wewnątrz wzrasta, olej rozszerza się, a ścianki karbowane uginają się elastycznie, kompensując zmiany objętości. Nie potrzeba konserwatora oleju, zaworów ani rur oddechowych – wszystko odbywa się wewnątrz hermetycznej przestrzeni.

To rozwiązanie idealne dla transformatorów dystrybucyjnych i aplikacji, gdzie liczy się kompaktowość i bezobsługowość. Brak konserwatora zmniejsza ryzyko wnikania wilgoci i utleniania oleju, a więc wydłuża jego żywotność. Ograniczenie ruchomych części oznacza też cichszą pracę i mniejszy ślad serwisowy – inżynierowie to lubią, księgowi jeszcze bardziej.

Kadź z radiatorami – klasyka w wydaniu przemysłowym

Dla większych jednostek (zazwyczaj powyżej 2,5 MVA) karbowane ścianki to za mało.

Wtedy do akcji wkraczają radiatory płytowe – pionowe panele spawane do boków kadzi.

Działają jak chłodnice samochodowe: gorący olej unosi się w górę, przepływa przez panele, oddaje ciepło do powietrza, a następnie wraca w dół, tworząc obieg naturalny (ONAN – Oil Natural Air Natural) lub wymuszony (ONAF – Oil Natural Air Forced) z wentylatorami.

Radiatory można też łatwo wymieniać i rozbudowywać, co czyni ten system bardziej serwisowalnym. Wadą jest większa masa i konieczność regularnej kontroli szczelności spawów, ale za to uzyskuje się lepszą stabilność cieplną przy dużych obciążeniach.

W konstrukcjach wysokiej klasy stosuje się dodatkowo zawory bezpieczeństwa, termometry, czujniki poziomu oleju i wyłączniki Buchholza, które reagują na obecność gazów powstałych przy zwarciu wewnętrznym.

Od stali do szczelności – inżynieria precyzyjnego spawania

Podstawą każdej kadzi jest stal o wysokiej czystości i kontrolowanej zawartości węgla.

Po cięciu blach kadź spawa się metodą MAG lub TIG, a spoiny są testowane metodami nieniszczącymi – najczęściej ultradźwiękami lub penetrantami. W fabrykach stosuje się również próbę ciśnieniową: kadź wypełnia się sprężonym powietrzem lub helem i zanurza w wodzie, obserwując ewentualne pęcherzyki. Proste, a skuteczne.

Po testach szczelności zbiornik jest czyszczony chemicznie i odtłuszczany.

Wnętrze pokrywa się specjalnym lakierem odpornym na działanie oleju transformatorowego, natomiast na zewnątrz nakłada się system powłok antykorozyjnych dostosowany do kategorii środowiska – od C2 dla stref miejskich po C5-M dla środowisk morskich.

Zrównoważony kierunek – recykling i cynkowanie ogniowe

W nowoczesnej produkcji coraz większy nacisk kładzie się na odporność kadzi na korozję i możliwość odzysku surowców. Cynkowanie ogniowe pozwala zwiększyć trwałość powłoki nawet pięciokrotnie, co jest szczególnie ważne w strefach nadmorskich i przemysłowych.

Co ciekawe, niektóre zakłady testują również powłoki proszkowe oparte na nanoceramice – lżejsze, a równie odporne jak klasyczny cynk.

Dla zainteresowanych szczegółami warto zajrzeć do portalu Hydrocarbon Engineering, gdzie publikowane są badania nad powłokami ochronnymi i technikami spawania dla przemysłu energetycznego.

Suszenie aktywnej części i kontrola wilgoci

Jeśli transformator ma swój „rytuał oczyszczenia”, to jest nim właśnie ten etap.

Wnętrze urządzenia – pełne celulozy, papieru, włókien i mikroporów – musi być tak suche, że nawet pustynia Atacama mogłaby mu pozazdrościć. Dlaczego? Bo w izolacji transformatora każda cząsteczka wody jest wrogiem numer jeden.

Wilgoć w papierze lub oleju prowadzi do obniżenia wytrzymałości dielektrycznej, zwiększenia strat i przyspieszonego starzenia materiału.

Dla wyobraźni: wzrost zawartości wody w izolacji z 0,5% do 2% może obniżyć jej odporność na przebicie elektryczne nawet o połowę. To różnica między bezpieczną pracą przez 30 lat a awarią po kilku sezonach grzewczych.

Technologia suszenia – ciepło, próżnia i cierpliwość

Proces suszenia aktywnej części transformatora to prawdziwa gra z czasem i temperaturą.

Trzeba pozbyć się wilgoci, nie uszkadzając przy tym izolacji, impregnacji ani klejów. Dlatego stosuje się kilka metod – często łączonych w jednym cyklu.

Najczęściej używana to LFH (Low Frequency Heating), czyli ogrzewanie niskoczęstotliwościowe. Przez uzwojenia przepuszcza się prąd o częstotliwości kilku herców, co powoduje ich równomierne nagrzewanie od środka. W tym samym czasie komora suszenia pracuje w głębokiej próżni (poniżej 0,1 mbar), aby para wodna mogła się wydostać z wnętrza materiału.

To metoda szybka, równomierna i energooszczędna, stosowana coraz częściej w dużych transformatorach energetycznych.

Alternatywnie używa się suszenia olejowego – gorący, suchy olej transformatorowy cyrkuluje przez uzwojenia, zbierając wilgoć i oddając ją do układu próżniowego. Starsze technologie bazują na suszeniu gorącym powietrzem w komorach termicznych, ale mają mniejszą skuteczność i dłuższy czas cyklu.

Ważne są parametry końcowe: zawartość wody w izolacji poniżej 0,5% i w oleju poniżej 10–15 ppm. Dopiero wtedy transformator może przejść do kolejnego etapu – napełniania olejem pod próżnią.

Wilgoć – podstępny zabójca dielektryków

Problem z wilgocią polega na tym, że nie tylko się pojawia, ale też „ucieka” w różne miejsca.

Papier, drewno i prasowane płyty celulozowe działają jak gąbka. Nawet jeśli wyglądają na suche, potrafią ukrywać mikroskopijne pęcherzyki wody. A ta, przy nagrzaniu i wysokim napięciu, zamienia się w gaz, tworząc mikroprzebicia w uzwojeniach.

Dlatego cały proces suszenia monitoruje się za pomocą czujników temperatury, wilgotności i ciśnienia. W laboratoriach większych producentów stosuje się nawet analizę gazów rozpuszczonych (DGA), aby sprawdzić, czy w oleju nie pozostały resztki pary wodnej lub tlenu.

Inżynierski zen: mniej to więcej

Zbyt agresywne suszenie (za wysoka temperatura lub zbyt szybka ewakuacja próżni) może przynieść efekt odwrotny – papier stanie się kruchy, a kleje stracą elastyczność.

Dlatego doświadczeni technolodzy powtarzają: „Suszenie to nie pieczenie ciasta – tu liczy się cierpliwość, nie chrupkość.”

W dużych zakładach proces trwa nawet 24–36 godzin i kończy się stygnięciem w próżni, żeby uniknąć ponownego wchłonięcia wilgoci z powietrza. Każdy etap jest rejestrowany w dzienniku procesu i dołączany do dokumentacji jakościowej transformatora – to jego paszport techniczny.

Więcej o naukowych podstawach odwilgacania materiałów izolacyjnych i wpływie próżni na ich mikrostrukturę można znaleźć w opracowaniach MDPI Energies, które opisują porównania między LFH, suszeniem olejowym i metodami klasycznymi.

Próżniowe napełnianie olejem i wygrzewanie

Na tym etapie transformator przypomina astronautę przed misją

– gotowy, szczelny, suchy i czekający tylko na medium, które pozwoli mu żyć.

Tym medium jest olej transformatorowy, który pełni dwie funkcje: chłodzi i izoluje. Bez niego transformator byłby jak silnik bez smaru – przegrzewałby się, tracił parametry i umierał szybciej, niż zdążyłby dostać numer fabryczny.

Olej pod próżnią – fizyka czystego spokoju

Proces napełniania olejem pod próżnią to inżynierski spektakl o precyzji szwajcarskiego zegarka. Aktywna część transformatora, zamknięta już w kadzi, trafia do komory, w której najpierw wytwarza się głęboką próżnię – typowo poniżej 1 mbar.

Dlaczego? Bo nawet mikroskopijne pęcherzyki powietrza w uzwojeniach czy izolacji mogłyby później spowodować mikrowyładowania i lokalne przegrzewanie.

Kiedy ciśnienie osiągnie wymagany poziom, rozpoczyna się powolne zalewanie olejem, zwykle od dołu. Olej wnika w każdą szczelinę, wypierając powietrze.

Czasem cały proces trwa kilka godzin – szczególnie w dużych transformatorach energetycznych, gdzie ilość oleju sięga tysięcy litrów. Prędkość wypełniania jest ściśle kontrolowana, aby nie powstały kieszenie gazowe ani różnice ciśnień, które mogłyby uszkodzić delikatną izolację.

Po zalaniu urządzenie pozostawia się w spoczynku, nadal w warunkach próżniowych, by wszystkie mikropęcherzyki gazu miały czas się unieść i zniknąć. Dopiero wtedy można powiedzieć, że transformator jest „nasycony” – gotowy na pierwszy przepływ prądu.

Wygrzewanie – spa dla uzwojeń

Po napełnieniu przychodzi czas na proces wygrzewania, który ma dwa cele: ustabilizować strukturę papieru i żywic oraz zredukować do minimum resztkową wilgoć.

Transformator pozostaje w temperaturze około 80–90°C przez kilkanaście godzin. W tym czasie olej i izolacja osiągają stan równowagi cieplno-wilgotnościowej.

To nie jest etap, który widać z zewnątrz – ale właśnie wtedy transformator „dojrzewa”.

Każda warstwa papieru, każda impregnacja nabiera swojej końcowej struktury. Po tym procesie mierzony jest kluczowy parametr jakościowy: napięcie przebicia oleju. Wartość powyżej 60 kV na 2,5 mm próbnika świadczy, że układ izolacyjny jest perfekcyjny.

Kontrola jakości i czystości oleju

Wysokiej klasy olej transformatorowy (np. mineralny Nynas, Shell Diala, lub syntetyczny MIDEL) przed użyciem przechodzi serię badań: pomiar dielektryczności, lepkości, współczynnika strat tgδ i zawartości gazów rozpuszczonych.

W niektórych zakładach stosuje się analizę chromatograficzną (DGA), która potrafi wykryć nawet śladowe ilości wodoru, tlenku węgla czy metanu – sygnały, że coś w transformatorze mogłoby się później „dziać”.

Prz okazji dowiedz się więcej:
Prawa gazowe w DGA transformatorów: 5 zasad, które ostrzegą przed awarią

Aby zachować parametry przez lata, olej musi być całkowicie czysty – nawet jedna kropla wody czy cząstka kurzu na litrze może obniżyć napięcie przebicia o kilka tysięcy woltów.

Dlatego po napełnieniu układ jest szczelnie zamykany, a wszystkie tuleje, odpowietrzniki i korki zabezpieczane przed kontaktem z powietrzem.

Kiedy olej staje się świadkiem historii

Ciekawostka dla pasjonatów: w eksploatowanych transformatorach olej zachowuje pamięć o ich życiu. Analiza jego składu pozwala odczytać, jak długo urządzenie pracowało w przeciążeniu, czy przeszło zwarcie, a nawet jakie temperatury osiągało w ostatnich latach.

W laboratoriach utrzymaniowych to właśnie z oleju wyczytuje się pierwsze oznaki starzenia izolacji – zanim pojawi się jakikolwiek dymek z kadzi.

Teraz, gdy transformator jest już szczelny, napełniony i spokojnie stygnie po wygrzewaniu, pozostaje ostatni etap jego drogi w fabryce – próby rutynowe i testy końcowe, które zdecydują, czy może ruszyć w świat i zasilić pierwszą sieć.

Próby rutynowe i gotowość do wysyłki

Transformator olejowy może wyglądać na gotowy – zamknięty, zalany i błyszczący świeżą farbą. Ale dopóki nie przejdzie swoich prób, to tylko kandydat na transformator, nie pełnoprawny uczestnik sieci energetycznej. W świecie elektroenergetyki testy końcowe są niczym egzamin państwowy: nie ma miejsca na drugie podejście.

Próby rutynowe – czyli „badania obowiązkowe z życia codziennego”

Zgodnie z normą IEC 60076, każdy transformator, zanim opuści fabrykę, przechodzi zestaw tzw. prób rutynowych. Ich celem jest sprawdzenie, czy urządzenie działa dokładnie tak, jak zaprojektowano – bez kompromisów, skrótów i domysłów.

1. Pomiar rezystancji uzwojeń – to test, który pozwala wykryć zwarcia międzyzwojowe, nieciągłości połączeń oraz błędy montażowe. Nawet niewielka różnica rezystancji między fazami potrafi zdradzić luźny zacisk.

2. Sprawdzenie grupy połączeń i przekładni – czyli weryfikacja, czy napięcie po stronie wtórnej ma dokładnie taki stosunek, jak przewidziano w projekcie. To test, który od razu wykrywa pomyłki w kierunku nawinięcia cewek.

3. Pomiar strat jałowych i obciążeniowych – prawdziwy barometr jakości rdzenia i uzwojeń. Jeśli wartości przekraczają normy, oznacza to zbyt duże straty magnetyczne (rdzeń) lub oporowe (uzwojenia).

4. Pomiar impedancji zwarciowej – test symulujący zwarcie po stronie wtórnej, pozwalający sprawdzić stabilność mechaniczną i elektromagnetyczną układu.

5. Próba napięciowa – jeden z najważniejszych testów, który sprawdza odporność izolacji na napięcie udarowe i długotrwałe napięcie robocze.

Każdy pomiar jest rejestrowany i porównywany z wartościami projektowymi. Transformator, który zda wszystko w granicach tolerancji, otrzymuje świadectwo badań fabrycznych (Factory Acceptance Test – FAT).

Dodatkowe testy dla wymagających

W zależności od klasy napięcia i wymagań zamawiającego, przeprowadza się również próby typu (na egzemplarzach referencyjnych) lub próby specjalne – na przykład:

• pomiar poziomu hałasu, aby potwierdzić zgodność z wymaganiami środowiskowymi (dla jednostek miejskich to często warunek odbioru),

• badanie strat w obwodach magnetycznych przy różnych temperaturach,

• test wyładowań niezupełnych (PD test), pozwalający ocenić czystość izolacji i jakość impregnacji.

Te badania są szczególnie ważne w przypadku transformatorów do pracy w sieciach o wysokiej czułości lub w stacjach prefabrykowanych, gdzie poziom zakłóceń musi być minimalny.

Estetyka inżynierska: przygotowanie do wysyłki

Po zdaniu wszystkich testów transformator przechodzi etap, którego nie docenia się w książkach, ale doceniają go monterzy – przygotowanie do transportu.

Obejmuje ono:

• spuszczenie nadmiaru oleju i uzupełnienie go azotem w przypadku hermetycznych kadzi,

• zabezpieczenie wszystkich otworów i przewodów transportowych,

• montaż uchwytów, czujników i tabliczki znamionowej,

• a także wizualną inspekcję powłok i spoin.

Na tym etapie transformator wygląda jak gotowy do parady: pomalowany, opisany, przetestowany i zapakowany w stalową klatkę transportową. Ale zanim wyruszy w drogę, inżynierowie wykonują jeszcze test końcowy wibracji i poziomowania, bo nic nie może się poluzować ani przesunąć w czasie transportu.

Dokumentacja – DNA transformatora

Razem z urządzeniem klient otrzymuje komplet dokumentów:

• DTR (dokumentację techniczno-ruchową),

• protokoły z pomiarów i testów,

• wyniki badań oleju,

• karty materiałowe zastosowanych komponentów,

• oraz świadectwa jakości spoin i powłok antykorozyjnych.

To swoiste DNA transformatora – zapis całego jego „życia” od projektu po ostatni test. W praktyce ta dokumentacja decyduje o tym, czy urządzenie zostanie dopuszczone do pracy przez operatora systemu dystrybucyjnego (OSD).

Więcej o standardach badań i certyfikacji transformatorów można znaleźć w opracowaniach IEC Webstore, gdzie dostępne są aktualne wydania norm IEC 60076 i wytycznych dotyczących prób rutynowych i specjalnych.

I tak kończy się jego fabryczna podróż – transformator, który przeszedł przez projekt, rdzeń, uzwojenia, kadź, suszenie, olej i testy, jest gotowy, by po raz pierwszy usłyszeć szum sieci i zobaczyć świat nie przez mikroskop inżyniera, lecz przez prąd, który zaczyna w nim płynąć.

Zakończenie

Produkcja transformatora olejowego to fascynująca podróż od idei po gotowe źródło energii – podróż, w której inżynieria spotyka się z cierpliwością, a precyzja z praktyką. Każdy etap – od projektu po próby końcowe – jest świadectwem tego, że niezawodność nie rodzi się przypadkiem, lecz z konsekwencji i szacunku do detalu.

Od lat wspieramy projektantów, wykonawców i operatorów sieci w wyborze rozwiązań, które przetrwają próbę czasu i warunków pracy. Pomagamy dobrać odpowiedni typ transformatora, zoptymalizować chłodzenie, dobrać olej i system izolacji pod konkretne środowisko, a także zaplanować konserwację w horyzoncie całego cyklu życia urządzenia.

Jeśli pracujesz nad projektem, w którym kluczowe są niezawodność, efektywność energetyczna i zgodność z Ecodesign Tier 2, jesteśmy tu, aby przełożyć wymagania techniczne na realne rozwiązania.

Poznaj naszą ofertę:

• Transformatory olejowe Ecodesign Tier 2 – dobór mocy, parametrów i chłodzenia pod konkretne warunki środowiskowe.
• Transformatory suche Tier 2 – dla obiektów o wysokich wymaganiach bezpieczeństwa i ograniczonej przestrzeni.
• Jednostki od ręki, pełna dokumentacja, 60 miesięcy gwarancji – dla wybranych modeli średniego napięcia.

Jeśli chcesz być na bieżąco z naszymi analizami technicznymi, praktycznymi poradami i case studies z placów budowy, dołącz do społeczności Energeks na LinkedIn.
To miejsce, w którym dzielimy się wiedzą bez marketingowych ozdobników – merytorycznie, praktycznie i z szacunkiem do branży, którą współtworzymy.

Dziękujemy za zaufanie i możliwość bycia częścią projektów, w których rozsądek, precyzja i bezpieczeństwo są równie ważne jak innowacja.
Jeśli potrzebujesz doprecyzować wymagania techniczne, dobrać model lub przygotować checklistę odbiorową pod swoją inwestycję – po prostu napisz. Zrobimy to wspólnie.

Referencje:

1. IEC 60076 1-3 – Power Transformers. International Electrotechnical Commission

2. CIGRÉ Technical Brochures

3. MDPI Energies - MDPI researches

4. Siemens Energy - Power Engineering Guide