Erőátviteli transzformátorok - készülék és működési elv
A villamos energia nagy távolságra történő szállítása során az átalakítás elvét alkalmazzák a veszteségek csökkentésére. Ebből a célból a generátorok által termelt villamos energiát a transzformátor alállomásra táplálják. Növeli a tápvezetékbe belépő feszültség amplitúdóját.
A távvezeték másik vége a távoli alállomás bemenetére csatlakozik. Rajta a feszültséget csökkentik, hogy a fogyasztók között elosszák az áramot.
Mindkét alállomáson speciális tápegységek vesznek részt a nagy teljesítményű villamos energia átalakításában:
1. transzformátorok;
2. autotranszformátorok.
Számos közös jellemzővel és jellemzővel rendelkeznek, de bizonyos működési elvekben különböznek. Ez a cikk csak az első olyan kialakításokat írja le, amelyekben az elektromosság átadása az egyes tekercsek között elektromágneses indukciónak köszönhető. Ebben az esetben a változó amplitúdójú áram- és feszültségharmonikusok megőrzik az oszcillációs frekvenciát.
A transzformátorokat arra használják, hogy az alacsony feszültségű váltóáramot magasabb feszültséggé alakítsák (fokozatú transzformátorok) vagy a magasabb feszültséget alacsonyabb feszültséggé (leléptető transzformátorok). A legelterjedtebbek a távvezetékek és elosztóhálózatok általános alkalmazására szolgáló teljesítménytranszformátorok. A teljesítménytranszformátorok a legtöbb esetben háromfázisú áramváltóként készülnek.
A készülék jellemzői
A villamos energia transzformátorait előre előkészített, szilárd alapokon álló helyekre kell telepíteni. A pályák és görgők a talajra helyezhetők.
Az alábbi képen a 110/10 kV-os feszültségrendszerrel működő, 10 MVA összteljesítményű transzformátor típusok egyikének általános képe látható.
Felépítésének egyes elemei aláírással vannak ellátva. Részletesebben a fő részek elrendezése és kölcsönös elrendezése a rajzon látható.
A tartály belsejében egy 9-es mag van beépítve, amelyen a 11-es kisfeszültségű tekercsek és a 10-es nagyfeszültségű tekercsek vannak elhelyezve. A transzformátor elülső fala 8. A nagyfeszültségű tekercs kapcsai a porcelán szigetelőkön átmenő bemenetekre csatlakoznak. 2.
A kisfeszültségű tekercselés tekercseit szintén a 3 szigetelőkön áthaladó vezetékekhez kell csatlakoztatni.A fedelet a tartály felső szélére rögzítik, és közéjük egy gumitömítést helyeznek el, nehogy olaj szivárogjon a tartály és a fedél közötti csatlakozásba. A tartály falába két sor furat van fúrva, ezekbe vékonyfalú csöveket 7 hegesztenek, amelyeken átfolyik az olaj.
A fedlapon van egy gomb 1. Elforgatásával átkapcsolhatja a nagyfeszültségű tekercs fordulatait a terhelés alatti feszültség beállításához. A fedélhez bilincseket hegesztenek, amelyre egy 5 tartályt, úgynevezett expander-t szerelnek fel.
Üvegcsővel ellátott 4 jelzővel rendelkezik az olajszint figyelésére és a környező levegővel való kommunikációhoz egy szűrővel ellátott dugóval 6. A transzformátor 12 görgőkön mozog, amelyek tengelyei a tartály aljára hegesztett gerendákon mennek keresztül. .
Amikor nagy áram folyik, a transzformátor tekercseit olyan erők érik, amelyek hajlamosak deformálni őket. A tekercsek szilárdságának növelése érdekében szigetelő hengerekre vannak feltekercselve. Ha egy négyzetcsíkot körbe helyezünk, akkor a kör területe nincs teljesen kihasználva. Ezért a transzformátor rudak lépcsőzetes keresztmetszetűek, különböző szélességű lapokból összerakva.
A transzformátor hidraulikus diagramja
A kép egyszerűsített kompozíciót és fő elemeinek kölcsönhatását mutatja.
Speciális szelepeket és csavart használnak az olaj feltöltésére / leeresztésére, a tartály alján található elzárószelepet pedig olajminták vételére, majd kémiai elemzésére tervezték.
A hűtés alapelvei
A transzformátor két olajkeringető áramkörrel rendelkezik:
1. külső;
2. belső.
Az első áramkört egy felső és alsó kollektorokból álló radiátor képviseli, amelyet fémcsőrendszer köt össze. A felforrósított olaj áthalad rajtuk, amely a hűtőközeg-vezetékekben lehűl és visszatér a tartályba.
Az olaj keringtetése a tartályban elvégezhető:
-
természetes módon;
-
kényszerített a rendszerben a szivattyúk által létrehozott nyomás miatt.
A tartály felületét gyakran hullámok létrehozásával növelik - speciális fémlemezek, amelyek javítják az olaj és a környező légkör közötti hőátadást.
A hősugárzóból a légkörbe történő hőbevitel történhet a rendszer ventilátorokkal történő átfújásával vagy azok nélkül a szabad légkonvekció miatt. A kényszerlevegő-áramlás hatékonyan növeli a hőelvonást a berendezésből, de növeli a rendszer működéséhez szükséges energiafogyasztást. Csökkenthetik a transzformátorra jellemző terhelés akár 25%.
A modern, nagy teljesítményű transzformátorok által felszabaduló hőenergia óriási értékeket ér el. Mérete annak tudható be, hogy most ennek költségére elkezdtek projekteket megvalósítani a folyamatosan működő transzformátorok mellett található ipari épületek fűtésére. Télen is fenntartják a berendezés optimális működési feltételeit.
Olajszint szabályozás a transzformátorban
A transzformátor megbízható működése nagymértékben függ az olaj minőségétől, amellyel a tartály meg van töltve. Működés közben kétféle szigetelőolajat különböztetnek meg: tiszta száraz olajat, amelyet a tartályba öntenek, és munkaolajat, amely a transzformátor működése során a tartályban van.
A transzformátorolaj specifikációja meghatározza annak viszkozitását, savasságát, stabilitását, hamut, mechanikai szennyeződések tartalmát, lobbanáspontját, dermedéspontját, átlátszóságát.
A transzformátor bármilyen rendellenes működési körülménye azonnal befolyásolja az olaj minőségét, ezért ennek szabályozása nagyon fontos a transzformátorok működésében. A levegővel kommunikálva az olaj megnedvesedik és oxidálódik. Az olajból a nedvességet centrifugával vagy szűrőpréssel történő tisztítással távolíthatjuk el.
A savasság és a műszaki tulajdonságok egyéb megsértése csak az olaj speciális eszközökben történő regenerálásával távolítható el.
A belső transzformátor meghibásodások, mint például a tekercselési hibák, a szigetelés meghibásodása, a helyi fűtés vagy a "tűz a vasban" stb. az olaj minőségének változásához vezetnek.
Az olaj folyamatosan kering a tartályban. Hőmérséklete a befolyásoló tényezők egész komplexétől függ. Ezért hangereje folyamatosan változik, de bizonyos határokon belül megmarad. Az olaj térfogati eltéréseinek kompenzálására tágulási tartályt használnak. Kényelmes nyomon követni az aktuális szintet benne.
Ehhez olajjelzőt használnak. A legegyszerűbb eszközök az átlátszó falú kommunikációs edények sémája szerint készülnek, térfogategységben előre osztályozva.
Egy ilyen nyomásmérőnek a tágulási tartállyal párhuzamos csatlakoztatása elegendő a működés ellenőrzéséhez. A gyakorlatban más olajmutatók is eltérnek ettől a cselekvési elvtől.
Védelem a nedvesség behatolása ellen
Mivel a tágulási tartály felső része érintkezik a légkörrel, légszárító van benne felszerelve, amely megakadályozza a nedvesség behatolását az olajba és csökkenti annak dielektromos tulajdonságait.
Belső sérülés elleni védelem
Az olajrendszer fontos eleme gázrelé… A fő transzformátor tartályt a tágulási tartállyal összekötő csővezetékbe kell beépíteni. Ezért minden, az olaj és a szerves szigetelés hatására felszabaduló gáz áthalad a gázrelé érzékeny elemével ellátott tartályon.
Ez az érzékelő nagyon kicsi, megengedett gázképződésre van beállítva, de akkor aktiválódik, ha két fokozatban növekszik:
1. az első érték beállított értékének elérésekor fény/hang figyelmeztető jelzést adni a szervizszemélyzetnek üzemzavar esetén;
2. kapcsolja ki a transzformátor minden oldalán lévő árammegszakítókat, hogy feloldja a feszültséget heves gázképződés esetén, ami az olaj és a szerves szigetelés erőteljes bomlási folyamatainak kezdetét jelzi, amelyek a tartály belsejében rövidzárlatokkal kezdődnek.
A gázrelé további funkciója a transzformátor tartályában lévő olajszint figyelése. Ha kritikus értékre esik, a gázvédelem a beállítástól függően működhet:
-
csak jelzés;
-
jelzéssel kikapcsolni.
Védelem a tartályon belüli vészhelyzeti nyomásképződés ellen
A lefolyócső a transzformátor fedelére van felszerelve úgy, hogy az alsó vége kommunikáljon a tartály kapacitásával, és az olaj belülről a tágítóban lévő szintre áramlik. A cső felső része az expander fölé emelkedik és oldalra húzódik vissza, kissé lehajolva.Végét egy üveg biztonsági membrán hermetikusan lezárja, amely vészhelyzeti nyomásnövekedés esetén, a meghatározatlan felmelegedés fellépése miatt eltörik.
Az ilyen védelem másik kialakítása olyan szelepelemek beépítésén alapul, amelyek a nyomás növekedésekor nyílnak, és elengedésükkor zárnak.
Egy másik típus a szifonvédelem. A szárnyak gyors összenyomásán alapul, a gáz éles emelkedésével. Ennek eredményeként a nyilat tartó zár, amely normál helyzetében összenyomott rugó hatása alatt áll, leütődik. A felszabaduló nyíl megtöri az üvegmembránt és így csökkenti a nyomást.
Erőátviteli transzformátor bekötési rajza
A tartályház belsejében találhatók:
-
csontváz felső és alsó gerendával;
-
mágneses áramkör;
-
magas és alacsony feszültségű tekercsek;
-
kanyargós ágak beállítása;
-
kis- és nagyfeszültségű csapok
-
a nagy- és kisfeszültségű perselyek alja.
A keret a gerendákkal együtt az összes alkatrész mechanikus rögzítésére szolgál.
Belsőépítészet
A mágneses áramkör a tekercseken áthaladó mágneses fluxus veszteségének csökkentésére szolgál. Elektromos acélból készül, laminált módszerrel.
A terhelési áram átfolyik a transzformátor fázistekercsein. Előállításukhoz fémeket választanak: réz vagy alumínium kerek vagy téglalap alakú. A fordulatok szigetelésére speciális márkájú kábelpapírt vagy pamutfonalat használnak.
Az erősáramú transzformátorokban használt koncentrikus tekercseknél általában alacsony feszültségű (LV) tekercset helyeznek a magra, amelyet kívülről nagyfeszültségű (HV) tekercs vesz körül.A tekercsek ilyen elrendezése egyrészt lehetővé teszi a nagyfeszültségű tekercs elmozdítását a magról, másrészt megkönnyíti a nagyfeszültségű tekercsekhez való hozzáférést a javítás során.
A tekercsek jobb hűtése érdekében a tekercsek között szigetelő távtartókból és tömítésekből kialakított csatornákat hagynak közöttük. Az olaj ezeken a csatornákon keresztül kering, amelyek melegítéskor felemelkednek, majd leereszkednek a tartály csövein keresztül, amelyben lehűtik.
A koncentrikus tekercsek egymás belsejében elhelyezkedő hengerek formájában vannak feltekerve. A nagyfeszültségű oldalra folyamatos vagy többrétegű tekercselés, a kisfeszültségű oldalra pedig spirális és hengeres tekercselés jön létre.
Az LV tekercs közelebb van a rúdhoz: így könnyebben lehet réteget készíteni a szigetelésére. Ezután egy speciális hengert szerelnek fel rá, amely szigetelést biztosít a magas és alacsony feszültségű oldal között, és rá van szerelve a HV tekercs.
A leírt beépítési mód az alábbi kép bal oldalán látható, a transzformátor rúd tekercseinek koncentrikus elrendezésével.
A kép jobb oldalán a váltakozó tekercsek elhelyezése látható, szigetelőréteggel elválasztva.
A tekercsek szigetelésének elektromos és mechanikai szilárdságának növelése érdekében felületüket speciális gliftállakkkal impregnálják.
A feszültség egyik oldalán lévő tekercsek csatlakoztatásához a következő áramköröket használják:
-
csillagok;
-
háromszög;
-
cikcakk.
Ebben az esetben az egyes tekercsek végeit latin ábécé betűivel jelöljük, a táblázat szerint.
Transzformátor típusa Tekercsoldali Alacsony feszültség Középfeszültség Nagyfeszültség Kezdő vége nulla Kezdő vége nulla Kezdő vége nulla Egyfázisú a x — Ht-nál — A x — Két tekercs három fázis a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y G ° C Z Három tekercs három fázis a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z
A tekercsek kivezetései a megfelelő levezető vezetékekhez vannak csatlakoztatva, amelyek a transzformátor tartály fedelén található perselyszigetelő csavarokra vannak felszerelve.
A kimeneti feszültség értékének beállítási lehetőségének megvalósítása érdekében a tekercseken ágakat készítenek. A vezérlő ágak egyik változata a diagramon látható.
A feszültségszabályozó rendszert úgy tervezték, hogy a névleges érték ± 5%-on belül változzon. Ehhez hajtson végre öt, egyenként 2,5%-os lépést.
A nagy teljesítményű transzformátorok esetében a szabályozást általában nagyfeszültségű tekercseken hozzák létre. Ez leegyszerűsíti a csapkapcsoló kialakítását, és lehetővé teszi a kimeneti jellemzők pontosságának javítását azáltal, hogy több fordulatot biztosít az oldalon.
A többrétegű hengeres tekercseknél a szabályozó ágak a réteg külső oldalán, a tekercs végén vannak kialakítva, és szimmetrikusan, a járomhoz képest azonos magasságban helyezkednek el.
A transzformátorok egyedi projektjéhez a középső részben ágakat készítenek. Fordított áramkör használatakor a tekercselés egyik fele a jobb oldali, a másik a bal tekercssel történik.
A csapok átkapcsolására háromfázisú kapcsoló szolgál.
Rögzített érintkező rendszerrel rendelkezik, amelyek a tekercsek ágaihoz kapcsolódnak, és mozgathatóak, amelyek kapcsolják az áramkört, különböző elektromos áramköröket hozva létre rögzített érintkezőkkel.
Ha az elágazások a nullapont közelében vannak, akkor egy kapcsoló egyszerre vezérli mindhárom fázis működését. Ez azért tehető meg, mert a kapcsoló egyes részei közötti feszültség nem haladja meg a lineáris érték 10%-át.
Ha a tekercs középső részében csapokat készítenek, akkor minden fázishoz saját, egyedi kapcsolót használnak.
A kimeneti feszültség beállításának módjai
Kétféle kapcsoló létezik, amelyek lehetővé teszik az egyes tekercsek fordulatszámának megváltoztatását:
1. terheléscsökkentéssel;
2. terhelés alatt.
Az első módszer hosszabb ideig tart, és nem népszerű.
A terheléskapcsolás megkönnyíti az elektromos hálózatok kezelését azáltal, hogy megszakítás nélküli áramellátást biztosít a csatlakoztatott fogyasztóknak. De ehhez a kapcsoló összetett kialakítására van szükség, amely további funkciókkal van felszerelve:
-
az ágak közötti átmenetek végrehajtása a terhelési áramok megszakítása nélkül két szomszédos érintkező csatlakoztatásával a kapcsolás során;
-
korlátozza a rövidzárlati áramot a tekercsben a csatlakoztatott csapok között azok egyidejű bekapcsolása során.
E problémák műszaki megoldása a távirányítóval működtetett, áramkorlátozó reaktorok és ellenállások felhasználásával működő kapcsolóberendezések létrehozása.
A cikk elején látható fotón a teljesítménytranszformátor a kimeneti feszültség terhelés alatti automatikus beállítását használja egy AVR-konstrukció létrehozásával, amely egyesíti a relé áramkört az elektromos motor vezérlésére, működtetővel és kontaktorokkal.
Működési elv és módok
A teljesítménytranszformátor működése ugyanazokon a törvényeken alapul, mint a hagyományosnál:
-
A bemeneti tekercsen áthaladó elektromos áram a rezgések időben változó felharmonikusával változó mágneses teret indukál a mágneses körön belül.
-
A második tekercs menetein áthatoló változó mágneses fluxus EMF-et indukál bennük.
Működési módok
Az üzemelés és a tesztelés során a transzformátor üzemi vagy vészhelyzeti üzemmódban lehet.
A feszültségforrásnak a primer tekercshez és a terhelésnek a szekunder tekercshez való csatlakoztatásával létrehozott működési mód. Ebben az esetben a tekercsekben lévő áram értéke nem haladhatja meg a számított megengedett értékeket. Ebben az üzemmódban a transzformátornak hosszú ideig és megbízhatóan kell ellátnia az összes hozzá csatlakozó fogyasztót.
Az üzemmód egyik változata az üresjárati és rövidzárlati tesztek az elektromos jellemzők ellenőrzésére.
A szekunder áramkör kinyitásával létrejövő üresjárat, hogy elzárja benne az áram áramlását. A következők meghatározására szolgál:
-
Hatékonyság;
-
transzformációs tényező;
-
veszteségek az acélban a magmágnesezés miatt.
A rövidzárlati kísérlet a szekunder tekercs kivezetéseinek rövidre zárásával jön létre, de a transzformátor bemenetén alulbecsült feszültséggel olyan értékre, amely képes szekunder névleges áramot létrehozni anélkül, hogy azt túllépné.Ezt a módszert a rézveszteségek meghatározására használják.
A vészüzemmódokhoz a transzformátor magában foglalja a működésének bármilyen megsértését, ami a működési paraméterek megengedett értékhatárain kívüli eltéréséhez vezet. A tekercseken belüli rövidzárlat különösen veszélyes.
A vészhelyzeti üzemmódok elektromos berendezések tüzéhez és visszafordíthatatlan következmények kialakulásához vezetnek. Hatalmas károkat okozhatnak az elektromos rendszerben.
Ezért az ilyen helyzetek megelőzése érdekében minden teljesítménytranszformátor fel van szerelve automatikus, védő- és jelzőberendezésekkel, amelyek célja az elsődleges hurok normál működésének fenntartása, és meghibásodás esetén gyorsan leválasztják minden oldalról.