Výkonové transformátory — zariadenie a princíp činnosti

Pri preprave elektriny na veľké vzdialenosti sa na zníženie strát využíva princíp transformácie. Na tento účel sa elektrická energia generovaná generátormi privádza do transformátorovej rozvodne. Zvyšuje amplitúdu napätia vstupujúceho do elektrického vedenia.

Druhý koniec prenosovej linky je pripojený k vstupu vzdialenej rozvodne. Na ňom sa napätie zníži na distribúciu elektriny medzi spotrebiteľmi.

V oboch rozvodniach sa na transformácii vysokovýkonnej elektriny podieľajú špeciálne napájacie zariadenia:

1. transformátory;

2. autotransformátory.

Majú veľa spoločných vlastností a charakteristík, líšia sa však v určitých princípoch fungovania. Tento článok popisuje len prvé návrhy, kde je prenos elektriny medzi jednotlivými cievkami spôsobený elektromagnetickou indukciou. V tomto prípade prúdové a napäťové harmonické s meniacou sa amplitúdou zachovávajú frekvenciu oscilácií.

Transformátory sa používajú na premenu nízkonapäťového striedavého prúdu na vyššie napätie (step-up transformátory) alebo vyššie napätie na nižšie napätie (step-down transformátory). Najrozšírenejšie sú výkonové transformátory pre všeobecné použitie pre prenosové vedenia a distribučné siete. Výkonové transformátory sú vo väčšine prípadov konštruované ako trojfázové transformátory prúdu.

Charakteristiky zariadenia

Výkonové transformátory v elektrine sú inštalované na vopred pripravených stacionárnych miestach so silnými základmi. Dráhy a valčeky je možné nainštalovať na zem.

Celkový pohľad na jeden z mnohých typov výkonových transformátorov pracujúcich s napäťovými sústavami 110/10 kV a s celkovým výkonom 10 MVA je znázornený na obrázku nižšie.

Niektoré jednotlivé prvky jeho konštrukcie sú opatrené signatúrami. Podrobnejšie je usporiadanie hlavných častí a ich vzájomné usporiadanie znázornené na výkrese.

Elektrické zariadenie transformátora je umiestnené v kovovom kryte vyrobenom vo forme utesnenej nádrže s vekom. Je naplnený špeciálnou triedou transformátorového oleja, ktorý má vysoké dielektrické vlastnosti a zároveň slúži na odvod tepla z častí vystavených vysokému prúdovému zaťaženiu.

Vo vnútri nádrže je inštalované jadro 9, na ktorom sú umiestnené vinutia s nízkonapäťovými vinutiami 11 a vysokým napätím 10. Predná stena transformátora je 8. Svorky vysokonapäťového vinutia sú pripojené na vstupy prechádzajúce cez porcelánové izolátory 2.

Vinutia pre nízkonapäťové vinutie sú tiež pripojené k drôtom prechádzajúcim cez izolátory 3.Kryt je pripevnený k hornému okraju nádrže a medzi nimi je umiestnené gumové tesnenie, aby sa zabránilo úniku oleja do spoja medzi nádržou a krytom. V stene nádrže sú vyvŕtané dva rady otvorov, do nich sú privarené tenkostenné rúry 7, ktorými preteká olej.

Na kryte je gombík 1. Jeho otáčaním môžete prepínať otáčky vysokonapäťovej cievky a upravovať tak napätie pod záťažou. Svorky sú privarené k krytu, na ktorom je namontovaná nádrž 5, nazývaná expandér.

Má indikátor 4 so sklenenou trubicou na sledovanie hladiny oleja a zátku s filtrom 6 na komunikáciu s okolitým vzduchom Transformátor sa pohybuje na valčekoch 12, ktorých osi prechádzajú cez nosníky privarené ku dnu nádrže. .

Keď tečú veľké prúdy, vinutia transformátora sú vystavené silám, ktoré majú tendenciu ich deformovať. Na zvýšenie pevnosti vinutí sú navinuté na izolačných valcoch. Ak je štvorcový pás umiestnený v kruhu, oblasť kruhu nie je úplne využitá. Preto sa transformátorové tyče vyrábajú so stupňovitým prierezom montážou z plechov rôznych šírok.

Hydraulická schéma transformátora

Obrázok ukazuje zjednodušenú kompozíciu a interakciu jej hlavných prvkov.

Na plnenie / vypúšťanie oleja sa používajú špeciálne ventily a skrutka a uzatvárací ventil umiestnený na dne nádrže je určený na odber vzoriek oleja a následné vykonanie jeho chemickej analýzy.

Princípy chladenia

Výkonový transformátor má dva okruhy obehu oleja:

1. vonkajší;

2. vnútorné.

Prvý okruh predstavuje radiátor pozostávajúci z horných a spodných kolektorov spojených sústavou kovových rúrok. Cez ne prechádza zohriaty olej, ktorý sa v chladiacich potrubiach ochladzuje a vracia sa do nádrže.

Cirkuláciu oleja v nádrži je možné vykonať:

• prirodzeným spôsobom;

• nútené v dôsledku vytvárania tlaku v systéme čerpadlami.

Povrch nádrže sa často zväčšuje vytvorením zvlnenia - špeciálnych kovových dosiek, ktoré zlepšujú prenos tepla medzi olejom a okolitou atmosférou.

Nasávanie tepla z radiátora do atmosféry môže byť realizované fúkaním systému ventilátormi alebo bez nich kvôli voľnej konvekcii vzduchu. Nútené prúdenie vzduchu účinne zvyšuje odvod tepla zo zariadenia, ale zvyšuje spotrebu energie na prevádzku systému. Môžu znížiť zaťažovacia charakteristika transformátora až 25 %.

Tepelná energia uvoľnená modernými vysokovýkonnými transformátormi dosahuje obrovské hodnoty. Jeho veľkosť možno pripísať skutočnosti, že teraz na jeho náklady začali realizovať projekty na vykurovanie priemyselných budov umiestnených vedľa neustále pracujúcich transformátorov. Udržiavajú optimálne prevádzkové podmienky zariadenia aj v zime.

Kontrola hladiny oleja v transformátore

Spoľahlivá prevádzka transformátora závisí vo veľkej miere od kvality oleja, ktorým je naplnená jeho nádrž. V prevádzke sa rozlišujú dva typy izolačného oleja: čistý suchý olej, ktorý sa naleje do nádrže, a pracovný olej, ktorý je v nádrži počas prevádzky transformátora.

Špecifikácia transformátorového oleja určuje jeho viskozitu, kyslosť, stabilitu, popol, obsah mechanických nečistôt, bod vzplanutia, bod tuhnutia, priehľadnosť.

Akékoľvek abnormálne prevádzkové podmienky transformátora okamžite ovplyvňujú kvalitu oleja, preto je jeho kontrola pri prevádzke transformátorov veľmi dôležitá. Komunikáciou so vzduchom je olej navlhčený a oxidovaný. Vlhkosť je možné z oleja odstrániť čistením pomocou odstredivky alebo kalolisu.

Kyslosť a iné porušenia technických vlastností je možné odstrániť iba regeneráciou oleja v špeciálnych zariadeniach.

Vnútorné poruchy transformátora, ako sú poruchy vinutia, porucha izolácie, lokálne zahrievanie alebo „požiar v žehličke“ atď., vedú k zmenám v kvalite oleja.

Olej neustále cirkuluje v nádrži. Jeho teplota závisí od celého komplexu ovplyvňujúcich faktorov. Preto sa jeho objem neustále mení, ale udržiava sa v určitých medziach. Na vyrovnanie objemových odchýlok oleja slúži expanzná nádrž. Je vhodné v ňom sledovať aktuálnu úroveň.

Na to slúži indikátor oleja. Najjednoduchšie zariadenia sú vyrobené podľa schémy komunikačných nádob s priehľadnou stenou, vopred odstupňované v jednotkách objemu.

Paralelné pripojenie takéhoto manometra k expanznej nádobe postačuje na monitorovanie prevádzky. V praxi existujú ďalšie ukazovatele oleja, ktoré sa líšia od tohto princípu činnosti.

Ochrana proti prenikaniu vlhkosti

Keďže horná časť expanznej nádrže je v kontakte s atmosférou, je v nej inštalovaný sušič vzduchu, ktorý zabraňuje prenikaniu vlhkosti do oleja a znižuje jeho dielektrické vlastnosti.

Vnútorná ochrana pred poškodením

Je to dôležitý prvok olejového systému plynové relé… Inštaluje sa do potrubia spájajúceho hlavnú nádrž transformátora s expanznou nádržou. Preto všetky plyny uvoľnené pri zahrievaní olejom a organickou izoláciou prechádzajú cez nádobu s citlivým prvkom plynového relé.

Tento snímač je nastavený z prevádzky na veľmi malú, povolenú tvorbu plynu, ale spustí sa, keď sa zvýši v dvoch fázach:

1. pri dosiahnutí nastavenej hodnoty prvej hodnoty vydávať svetelný / zvukový varovný signál pre obsluhujúci personál pri výskyte poruchy;

2. vypnúť výkonové ističe na všetkých stranách transformátora, aby sa uvoľnilo napätie v prípade prudkého plynovania, čo naznačuje začiatok mohutných procesov rozkladu olejovej a organickej izolácie, ktoré začínajú skratmi vo vnútri nádrže.

Doplnkovou funkciou plynového relé je monitorovanie hladiny oleja v nádrži transformátora. Keď klesne na kritickú hodnotu, ochrana plynu môže fungovať v závislosti od nastavenia:

• iba signál;

• vypnúť signálom.

Ochrana proti núdzovému nárastu tlaku vo vnútri nádrže

Odtoková rúrka je namontovaná na kryte transformátora tak, že jej spodný koniec komunikuje s kapacitou nádrže a olej steká dovnútra na úroveň v expandéri. Horná časť trubice sa zdvihne nad expandér a stiahne sa do strany, mierne ohnutá nadol.Jeho koniec je hermeticky uzavretý sklenenou bezpečnostnou membránou, ktorá sa pri havarijnom zvýšení tlaku v dôsledku vzniku nedefinovaného ohrevu pretrhne.

Iná konštrukcia takejto ochrany je založená na inštalácii ventilových prvkov, ktoré sa otvárajú pri zvýšení tlaku a zatvárajú, keď sú uvoľnené.

Ďalším typom je ochrana sifónu. Je založená na rýchlom stlačení krídel s prudkým stúpaním plynu. V dôsledku toho je zámok, ktorý drží šíp, ktorý je vo svojej normálnej polohe pod vplyvom stlačenej pružiny, zrazený. Uvoľnená šípka rozbije sklenenú membránu a tým uvoľní tlak.

Schéma zapojenia výkonového transformátora

Vo vnútri krytu nádrže sú umiestnené:

• kostra s horným a spodným nosníkom;

• magnetický obvod;

• vysokonapäťové a nízkonapäťové cievky;

• úprava vetiev vinutia;

• nízkonapäťové a vysokonapäťové odbočky

• spodná časť priechodiek vysokého a nízkeho napätia.

Rám spolu s nosníkmi slúži na mechanické upevnenie všetkých komponentov.

Interiérový dizajn

Magnetický obvod slúži na zníženie strát magnetického toku prechádzajúceho cievkami. Je vyrobený z elektrotechnickej ocele laminovanou metódou.

Zaťažovací prúd preteká cez fázové vinutia transformátora. Ako materiály na ich výrobu sa vyberajú kovy: meď alebo hliník s okrúhlym alebo obdĺžnikovým prierezom. Na izoláciu závitov sa používajú špeciálne značky káblového papiera alebo bavlnenej priadze.

V koncentrických vinutiach používaných vo výkonových transformátoroch je zvyčajne na jadre umiestnené vinutie nízkeho napätia (NN), ktoré je zvonku obklopené vinutím vysokého napätia (VN).Toto usporiadanie vinutí po prvé umožňuje presunúť vysokonapäťové vinutie z jadra a po druhé uľahčuje prístup k vysokonapäťovým vinutiam počas opráv.

Pre lepšie chladenie cievok sú medzi cievkami ponechané kanály tvorené izolačnými rozperami a tesneniami medzi cievkami. Olej cirkuluje cez tieto kanály, ktoré po zahriatí stúpajú a potom klesajú cez potrubia nádrže, v ktorej sa ochladzujú.

Sústredné cievky sú navinuté vo forme valcov umiestnených jeden v druhom. Pre stranu vysokého napätia je vytvorené spojité alebo viacvrstvové vinutie a pre stranu nízkeho napätia špirálové a valcové vinutie.

Vinutie LV je umiestnené bližšie k tyči: to uľahčuje vytvorenie vrstvy na jeho izoláciu. Potom je naň namontovaný špeciálny valec, ktorý poskytuje izoláciu medzi vysokonapäťovou a nízkonapäťovou stranou, a na ňom je namontované vinutie VN.

Opísaný spôsob inštalácie je znázornený na ľavej strane nižšie uvedeného obrázku so sústredným usporiadaním vinutia tyče transformátora.

Pravá strana obrázku ukazuje, ako sú umiestnené striedavé vinutia oddelené izolačnou vrstvou.

Aby sa zvýšila elektrická a mechanická pevnosť izolácie vinutí, ich povrch je impregnovaný špeciálnym typom glyftalového laku.

Na pripojenie vinutí na jednej strane napätia sa používajú nasledujúce obvody:

• hviezdy;

• trojuholník;

• cik-cak.

V tomto prípade sú konce každej cievky označené písmenami latinskej abecedy, ako je uvedené v tabuľke.

Typ transformátora Strana vinutia Nízke napätie Stredné napätie Vysoké napätie Začiatok koniec neutrál Začiatok koniec neutrál Začiatok koniec neutrál Jednofázové a x — Pri Ht — A x — Dve vinutia tri fázy a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y s G ° C Z Tri vinutia tri fázy a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z

Svorky vinutí sú pripojené k zodpovedajúcim spodným vodičom, ktoré sú namontované na skrutkách izolátora puzdra umiestnených na kryte nádrže transformátora.

Aby bola realizovaná možnosť nastavenia hodnoty výstupného napätia, sú na vinutiach urobené odbočky. Jeden z variantov riadiacich vetiev je znázornený na schéme.

Systém regulácie napätia je navrhnutý s možnosťou zmeny menovitej hodnoty v rozmedzí ± 5 %. Ak to chcete urobiť, vykonajte päť krokov po 2,5 %.

Pre výkonové transformátory s vysokým výkonom sa regulácia zvyčajne vytvára na vysokonapäťovom vinutí. To zjednodušuje konštrukciu prepínača a umožňuje zlepšiť presnosť výstupných charakteristík poskytnutím väčšieho počtu závitov na tejto strane.

Vo viacvrstvových valcových cievkach sú regulačné vetvy vytvorené na vonkajšej strane vrstvy na konci cievky a sú umiestnené symetricky v rovnakej výške vzhľadom na strmeň.

Pre jednotlivé projekty transformátorov sú v strednej časti vyrobené odbočky. Pri použití spätného obvodu je jedna polovica vinutia vykonaná pravou cievkou a druhá ľavou cievkou.

Na prepínanie kohútikov slúži trojfázový spínač.

Má systém pevných kontaktov, ktoré sú spojené s vetvami cievok, a pohyblivých, ktoré spínajú obvod a vytvárajú rôzne elektrické obvody s pevnými kontaktmi.

Ak sú vetvy vyrobené v blízkosti nulového bodu, potom jeden spínač ovláda činnosť všetkých troch fáz naraz. Dá sa to urobiť, pretože napätie medzi jednotlivými časťami spínača nepresahuje 10% lineárnej hodnoty.

Keď sú kohútiky vyrobené v strednej časti vinutia, potom sa pre každú fázu používa vlastný individuálny spínač.

Spôsoby nastavenia výstupného napätia

Existujú dva typy prepínačov, ktoré vám umožňujú zmeniť počet závitov na každej cievke:

1. so znížením zaťaženia;

2. pri zaťažení.

Prvá metóda trvá dlhšie a nie je populárna.

Prepínanie záťaže umožňuje jednoduchšiu správu elektrických sietí poskytovaním neprerušovaného napájania pripojeným spotrebičom. Na to však musíte mať komplexný dizajn prepínača, ktorý je vybavený ďalšími funkciami:

• vykonávanie prechodov medzi vetvami bez prerušenia záťažových prúdov spojením dvoch susedných kontaktov počas prepínania;

• obmedzenie skratového prúdu vo vinutí medzi pripojenými odbočkami pri ich súčasnom zapnutí.

Technickým riešením týchto problémov je vytvorenie spínacích zariadení ovládaných diaľkovým ovládaním s použitím tlmiviek a rezistorov obmedzujúcich prúd.

Na fotografii zobrazenej na začiatku článku výkonový transformátor využíva automatické nastavenie výstupného napätia pri zaťažení vytvorením konštrukcie AVR, ktorá kombinuje reléový obvod na ovládanie elektromotora s pohonom a stýkačmi.

Princíp a režimy činnosti

Prevádzka výkonového transformátora je založená na rovnakých zákonoch ako v konvenčnom:

• Elektrický prúd prechádzajúci cez vstupnú cievku s časovo premenlivou harmonickou kmitov indukuje vo vnútri magnetického obvodu meniace sa magnetické pole.

• Meniaci sa magnetický tok prenikajúci do závitov druhej cievky v nich vyvoláva EMF.

Prevádzkové režimy

Počas prevádzky a testovania môže byť výkonový transformátor v prevádzkovom alebo núdzovom režime.

Prevádzkový režim vytvorený pripojením zdroja napätia k primárnemu vinutiu a záťaže k sekundárnemu. V tomto prípade by hodnota prúdu vo vinutiach nemala prekročiť vypočítané prípustné hodnoty. V tomto režime musí výkonový transformátor dlhodobo a spoľahlivo zásobovať všetky k nemu pripojené spotrebiče.

Variantom prevádzkového režimu je skúška naprázdno a skrat na kontrolu elektrických charakteristík.

Bez záťaže vzniká otvorením sekundárneho okruhu, aby sa v ňom prerušil tok prúdu. Používa sa na určenie:

• účinnosť;

• transformačný faktor;

• straty v oceli v dôsledku magnetizácie jadra.

Pokus o skrat vzniká skratovaním svoriek sekundárneho vinutia, ale s podhodnoteným napätím na vstupe transformátora na hodnotu schopnú vytvoriť sekundárny menovitý prúd bez jeho prekročenia.Táto metóda sa používa na stanovenie strát medi.

V núdzových režimoch transformátor zahŕňa akékoľvek porušenia jeho prevádzky, čo vedie k odchýlke prevádzkových parametrov mimo hraníc ich prípustných hodnôt. Skrat vo vnútri vinutia sa považuje za obzvlášť nebezpečný.

Núdzové režimy vedú k požiarom elektrických zariadení a rozvoju nezvratných následkov. Sú schopné spôsobiť masívne poškodenie energetického systému.

Preto, aby sa predišlo takýmto situáciám, sú všetky výkonové transformátory vybavené automatickými, ochrannými a signalizačnými zariadeniami, ktoré sú určené na udržanie normálnej prevádzky primárnej slučky a jej rýchle odpojenie zo všetkých strán v prípade poruchy.