Krafttransformatorer — enhet og operasjonsprinsipp

Ved transport av elektrisitet over lange avstander brukes transformasjonsprinsippet for å redusere tap. For dette formålet mates elektrisiteten som genereres av generatorene til transformatorstasjonen. Det øker amplituden til spenningen som kommer inn i kraftledningen.

Den andre enden av overføringslinjen er koblet til inngangen til den eksterne understasjonen. På den reduseres spenningen for å fordele elektrisiteten mellom forbrukerne.

I begge transformatorstasjonene er spesielle strømforsyningsenheter involvert i transformasjonen av høyeffektselektrisitet:

1. transformatorer;

2. autotransformatorer.

De har mange fellestrekk og egenskaper, men er forskjellige i visse operasjonsprinsipper. Denne artikkelen beskriver kun de første designene der overføring av elektrisitet mellom individuelle spoler skyldes elektromagnetisk induksjon. I dette tilfellet bevarer strøm- og spenningsovertoner som varierer i amplitude oscillasjonsfrekvensen.

Transformatorer brukes til å konvertere lavspent vekselstrøm til en høyere spenning (step-up transformatorer) eller en høyere spenning til en lavere spenning (step-down transformatorer). De mest utbredte er krafttransformatorene for generell bruk for overføringslinjer og distribusjonsnett. Krafttransformatorer er i de fleste tilfeller bygget som trefasestrømtransformatorer.

Enhetsegenskaper

Krafttransformatorer i elektrisitet er installert på forhåndsforberedte stasjonære tomter med sterkt fundament. Spor og ruller kan installeres for å plasseres på bakken.

En generell oversikt over en av de mange typene krafttransformatorer som arbeider med 110/10 kV spenningssystemer og med en total effekt på 10 MVA er vist på bildet nedenfor.

Noen individuelle elementer i konstruksjonen er utstyrt med signaturer. Mer detaljert er arrangementet av hoveddelene og deres gjensidige arrangement vist på tegningen.

Det elektriske utstyret til transformatoren er plassert i et metallhus laget i form av en forseglet tank med lokk. Den er fylt med en spesiell klasse transformatorolje, som har høye dielektriske egenskaper og samtidig brukes til å fjerne varme fra deler som er utsatt for høye strømbelastninger.

En kjerne 9 er installert inne i tanken, hvorpå viklingene med lavspenningsviklinger 11 og høyspenning 10 er plassert. Transformatorens frontvegg er 8. Terminalene til høyspenningsviklingen er koblet til inngangene som går gjennom porselensisolatorer 2.

Viklingene for lavspenningsviklingen er også koblet til ledningene som går gjennom isolatorene 3.Dekselet festes i overkanten av tanken og en gummipakning er plassert mellom dem for å hindre olje i å lekke inn i skjøten mellom tanken og dekselet. To rader med hull bores i tankens vegg, tynnveggede rør 7 er sveiset inn i dem, gjennom hvilke olje strømmer.

På dekselet er det en knott 1. Ved å vri på den kan du bytte svingene på høyspentspolen for å justere spenningen under belastning. Klemmer er sveiset til dekselet, hvorpå en tank 5, kalt en ekspander, er montert.

Den har en indikator 4 med et glassrør for overvåking av oljenivået og en plugg med et filter 6 for kommunikasjon med luften rundt.Transformatoren beveger seg på ruller 12, hvis akser går gjennom bjelkene sveiset til bunnen av tanken .

Når store strømmer flyter, blir transformatorviklingene utsatt for krefter som har en tendens til å deformere dem. For å øke styrken på viklingene er de viklet på isolerende sylindre. Hvis en firkantet stripe er plassert i en sirkel, blir ikke arealet av sirkelen brukt fullt ut. Derfor er transformatorstengene laget med et trinnvis tverrsnitt ved å sette sammen fra ark med forskjellige bredder.

Hydraulisk diagram av transformatoren

Bildet viser en forenklet sammensetning og interaksjon av hovedelementene.

Spesialventiler og en skrue brukes til å fylle/tømme olje, og stengeventilen som er plassert i bunnen av tanken er designet for å ta oljeprøver og deretter utføre dens kjemiske analyse.

Prinsipper for kjøling

Krafttransformatoren har to oljesirkulasjonskretser:

1. ekstern;

2. intern.

Den første kretsen er representert av en radiator som består av øvre og nedre samlere forbundet med et system av metallrør. Oppvarmet olje passerer gjennom dem, som, i kjølemiddelledningene, avkjøles og går tilbake til tanken.

Oljesirkulasjon i tanken kan gjøres:

• på en naturlig måte;

• tvunget på grunn av dannelsen av trykk i systemet av pumper.

Ofte økes overflaten på tanken ved å lage korrugeringer - spesielle metallplater som forbedrer varmeoverføringen mellom oljen og den omkringliggende atmosfæren.

Inntaket av varme fra radiatoren til atmosfæren kan utføres ved å blåse systemet med vifter eller uten dem på grunn av fri luftkonveksjon. Tvunget luftstrøm øker effektivt varmefjerningen fra utstyret, men øker energiforbruket for å drive systemet. De kan redusere belastningskarakteristikk for transformatoren opptil 25 %.

Den termiske energien som frigjøres av moderne høyeffekttransformatorer når enorme verdier. Størrelsen kan tilskrives det faktum at de nå, på sin bekostning, begynte å implementere prosjekter for oppvarming av industribygg som ligger ved siden av konstant opererende transformatorer. De opprettholder optimale driftsforhold for utstyret, selv om vinteren.

Oljenivåkontroll i transformatoren

Den pålitelige driften av transformatoren avhenger i stor grad av kvaliteten på oljen som tanken er fylt med. I drift skilles det mellom to typer isolerende olje: ren tørr olje, som helles i tanken, og arbeidsolje, som er i tanken under drift av transformatoren.

Spesifikasjonen til transformatoroljen bestemmer dens viskositet, surhet, stabilitet, aske, innhold av mekaniske urenheter, flammepunkt, flytepunkt, gjennomsiktighet.

Eventuelle unormale driftsforhold for transformatoren påvirker umiddelbart oljekvaliteten, derfor er kontrollen svært viktig i driften av transformatorer. Ved å kommunisere med luft blir oljen fuktet og oksidert. Fuktighet kan fjernes fra oljen ved å rengjøre med en sentrifuge eller filterpresse.

Surhet og andre brudd på tekniske egenskaper kan bare fjernes ved å regenerere oljen i spesielle enheter.

Interne trafofeil som viklingsfeil, isolasjonssvikt, lokal oppvarming eller «brann i jernet» etc. fører til endringer i oljekvaliteten.

Oljen sirkuleres kontinuerlig i tanken. Temperaturen avhenger av et helt kompleks av påvirkningsfaktorer. Derfor endres volumet hele tiden, men opprettholdes innenfor visse grenser. En ekspansjonstank brukes for å kompensere for volumavvik på oljen. Det er praktisk å overvåke gjeldende nivå i den.

En oljeindikator brukes til dette. De enkleste enhetene er laget i henhold til skjemaet for kommunikasjonsbeholdere med en gjennomsiktig vegg, forhåndsgradert i volumenheter.

Å koble en slik trykkmåler parallelt med ekspansjonstanken er tilstrekkelig for å overvåke driften. I praksis er det andre oljeindikatorer som skiller seg fra dette handlingsprinsippet.

Beskyttelse mot fuktinntrengning

Siden den øvre delen av ekspansjonstanken er i kontakt med atmosfæren, er en lufttørker installert i den, som hindrer fuktighet i å trenge inn i oljen og reduserer dens dielektriske egenskaper.

Innvendig skadebeskyttelse

Det er et viktig element i oljesystemet gassrelé… Den er installert inne i røret som kobler hovedtransformatortanken til ekspansjonstanken. Derfor passerer alle gasser som frigjøres når de varmes opp av oljen og organisk isolasjon gjennom beholderen med det følsomme elementet til gassreléet.

Denne sensoren er satt fra drift for en veldig liten, tillatt gassdannelse, men utløses når den øker i to trinn:

1. å gi et lys / lyd varselsignal til servicepersonellet for forekomsten av en funksjonsfeil når den innstilte verdien for den første verdien er nådd;

2. å slå av strømbryterne på alle sider av transformatoren for å frigjøre spenningen i tilfelle voldsom gassing, noe som indikerer begynnelsen på kraftige prosesser for nedbrytning av olje og organisk isolasjon, som starter med kortslutninger inne i tanken.

En tilleggsfunksjon til gassreléet er å overvåke oljenivået i transformatortanken. Når den faller til en kritisk verdi, kan gassbeskyttelsen fungere avhengig av innstillingen:

• bare signal;

• å slå av med et signal.

Beskyttelse mot nødtrykkoppbygging inne i tanken

Dreneringsrøret er montert på dekselet til transformatoren på en slik måte at dens nedre ende kommuniserer med tankens kapasitet, og oljen strømmer inn til nivået i ekspanderen. Den øvre delen av røret stiger over ekspanderen og trekker seg tilbake til siden, lett bøyd ned.Enden er hermetisk forseglet av en sikkerhetsmembran av glass, som går i stykker i tilfelle en nødøkning i trykk på grunn av udefinert oppvarming.

En annen utforming av slik beskyttelse er basert på installasjon av ventilelementer som åpnes når trykket øker og lukkes når de slippes.

En annen type er sifonbeskyttelse. Den er basert på den raske komprimeringen av vingene med en kraftig økning i gassen. Som et resultat blir låsen som holder pilen, som i sin normale posisjon er under påvirkning av en komprimert fjær, slått ned. Den frigjorte pilen bryter glassmembranen og avlaster dermed trykket.

Tilkoblingsskjema for krafttransformator

Inne i tankhuset er plassert:

• skjelett med øvre og nedre bjelke;

• magnetiske kretser;

• høy- og lavspentspoler;

• justering av svingete grener;

• lav- og høyspentkraner

• bunnen av høy- og lavspentforingene.

Rammen, sammen med bjelkene, tjener til å mekanisk feste alle komponentene.

Interiørdesign

Den magnetiske kretsen tjener til å redusere tapene av den magnetiske fluksen som passerer gjennom spolene. Den er laget av kvaliteter av elektrisk stål ved hjelp av den laminerte metoden.

Laststrømmen flyter gjennom faseviklingene til transformatoren. Metaller er valgt som materialer for deres produksjon: kobber eller aluminium med en rund eller rektangulær seksjon. Spesielle merker av kabelpapir eller bomullsgarn brukes til å isolere svingene.

I konsentriske viklinger som brukes i krafttransformatorer, er det vanligvis plassert en lavspenningsvikling (LV) på kjernen, som er omgitt av en høyspenningsvikling (HV) på utsiden.Dette arrangementet av viklingene gjør det for det første mulig å flytte høyspentviklingen fra kjernen, og for det andre letter det tilgang til høyspentviklingene under reparasjoner.

For bedre kjøling av spolene blir kanaler dannet av isolerende avstandsstykker og pakninger mellom spolene igjen mellom dem. Oljen sirkulerer gjennom disse kanalene, som ved oppvarming stiger og deretter ned gjennom rørene til tanken, der de avkjøles.

Konsentriske spoler er viklet i form av sylindre plassert inne i den andre. For høyspentsiden lages det en kontinuerlig eller flerlags vikling, og for lavspentsiden en spiral og sylindrisk vikling.

LV-viklingen er plassert nærmere stangen: dette gjør det lettere å lage et lag for isolasjonen. Deretter er en spesiell sylinder montert på den, som gir isolasjon mellom høy- og lavspenningssidene, og HV-viklingen er montert på den.

Installasjonsmetoden som er beskrevet er vist på venstre side av bildet nedenfor, med det konsentriske arrangementet av transformatorstangviklingene.

Høyre side av bildet viser hvordan alternative viklinger er plassert, atskilt med et isolerende lag.

For å øke den elektriske og mekaniske styrken til viklingenes isolasjon, er overflaten deres impregnert med en spesiell type glyfthalisk lakk.

For å koble viklingene på den ene siden av spenningen, brukes følgende kretser:

• stjerner;

• triangel;

• sikk-sakk.

I dette tilfellet er endene av hver spole merket med bokstaver i det latinske alfabetet, som vist i tabellen.

Transformatortype Vikleside Lav spenning Middels spenning Høy spenning Startende nøytral Startende nøytral Startende nøytral Enfaset a x — Ved Ht — A x — To viklinger tre faser a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y med G ° C Z Tre viklinger tre faser a x Ved Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z

Klemmene til viklingene er koblet til de tilsvarende nedlederne som er montert på bøssingens isolatorbolter som er plassert på transformatortankdekselet.

For å realisere muligheten for å justere verdien av utgangsspenningen, lages grener på viklingene. En av variantene av kontrollgrenene er vist i diagrammet.

Spenningsreguleringssystemet er designet med mulighet til å endre den nominelle verdien innen ± 5 %. For å gjøre dette, fullfør fem trinn på 2,5 % hver.

For krafttransformatorer med høy effekt opprettes regulering vanligvis på en høyspentvikling. Dette forenkler utformingen av tappebryteren og gjør det mulig å forbedre nøyaktigheten til utgangsegenskapene ved å gi flere svinger på den siden.

I flerlags sylindriske spoler er reguleringsgrenene laget på utsiden av laget i enden av spolen og er plassert symmetrisk i samme høyde i forhold til åket.

For individuelle prosjekter av transformatorer lages grener i midtdelen. Ved bruk av omvendt krets gjøres den ene halvdelen av viklingen med høyre spole og den andre med venstre spole.

En trefasebryter brukes til å bytte kranene.

Den har et system med faste kontakter, som er koblet til grenene til spolene, og bevegelige, som bytter kretsen, og skaper forskjellige elektriske kretser med faste kontakter.

Hvis grenene lages nær nullpunktet, kontrollerer en bryter driften av alle tre fasene samtidig. Dette kan gjøres fordi spenningen mellom de enkelte delene av bryteren ikke overstiger 10 % av den lineære verdien.

Når det lages kraner i den midtre delen av viklingen, brukes en egen, individuell bryter for hver fase.

Metoder for å justere utgangsspenningen

Det er to typer brytere som lar deg endre antall omdreininger på hver spole:

1. med belastningsreduksjon;

2. under belastning.

Den første metoden tar lengre tid å fullføre og er ikke populær.

Lastswitching muliggjør enklere administrasjon av elektriske nettverk ved å gi uavbrutt strøm til tilkoblede forbrukere. Men for å gjøre det, må du ha en kompleks design av bryteren, som er utstyrt med tilleggsfunksjoner:

• utføre overganger mellom grener uten avbrudd av belastningsstrømmer ved å koble to tilstøtende kontakter under bytte;

• begrense kortslutningsstrømmen inne i viklingen mellom de tilkoblede kranene mens de slås på samtidig.

Den tekniske løsningen på disse problemene er opprettelsen av svitsjeenheter som drives av fjernkontroll, ved bruk av strømbegrensende reaktorer og motstander.

På bildet vist i begynnelsen av artikkelen bruker krafttransformatoren automatisk justering av utgangsspenningen under belastning ved å lage en AVR-design som kombinerer en relékrets for å kontrollere en elektrisk motor med en aktuator og kontaktorer.

Prinsipp og virkemåter

Driften av en krafttransformator er basert på de samme lovene som i en konvensjonell:

• En elektrisk strøm som går gjennom inngangsspolen med en tidsvarierende harmonisk av oscillasjonene induserer et skiftende magnetfelt inne i magnetkretsen.

• Den skiftende magnetiske fluksen som penetrerer svingene til den andre spolen induserer en EMF i dem.

Driftsmåter

Under drift og testing kan krafttransformatoren være i drifts- eller nødmodus.

Driftsmåte opprettet ved å koble en spenningskilde til primærviklingen og belastningen til sekundæren. I dette tilfellet bør verdien av strømmen i viklingene ikke overstige de beregnede tillatte verdiene. I denne modusen må krafttransformatoren forsyne alle forbrukere som er koblet til den i lang tid og pålitelig.

En variant av driftsmodusen er tomgangs- og kortslutningstestene for å kontrollere de elektriske egenskapene.

Ingen belastning opprettet ved å åpne sekundærkretsen for å stenge strømmen i den. Det brukes til å bestemme:

• Effektivitet;

• transformasjonsfaktor;

• tap i stålet på grunn av kjernemagnetisering.

Et kortslutningsforsøk opprettes ved å kortslutte terminalene til sekundærviklingen, men med en undervurdert spenning ved inngangen til transformatoren til en verdi som er i stand til å skape en sekundær merkestrøm uten å overskride den.Denne metoden brukes til å bestemme kobbertap.

Til nødmodus inkluderer en transformator eventuelle brudd på driften, noe som fører til et avvik i driftsparametrene utenfor grensene for deres tillatte verdier. En kortslutning inne i viklingene anses som spesielt farlig.

Nødmoduser fører til brann av elektrisk utstyr og utvikling av irreversible konsekvenser. De er i stand til å forårsake massiv skade på kraftsystemet.

Derfor, for å forhindre slike situasjoner, er alle krafttransformatorer utstyrt med automatiske, beskyttende og signalerende enheter, som er designet for å opprettholde normal drift av primærsløyfen og raskt koble den fra alle sider i tilfelle feil.