Energetski transformatori — uređaj i princip rada

Pri transportu električne energije na velike udaljenosti koristi se princip transformacije za smanjenje gubitaka. U tu svrhu, električna energija koju generiraju generatori dovodi se u trafostanicu. Povećava amplitudu napona koji ulazi u dalekovod.

Drugi kraj dalekovoda spojen je na ulaz udaljene trafostanice. Na njemu se smanjuje napon za raspodjelu električne energije između potrošača.

U obje trafostanice, posebni uređaji za napajanje uključeni su u transformaciju električne energije velike snage:

1. transformatori;

2. autotransformatori.

Imaju mnogo zajedničkih značajki i karakteristika, ali se razlikuju u određenim principima rada. Ovaj članak opisuje samo prve dizajne gdje je prijenos električne energije između pojedinačnih zavojnica posljedica elektromagnetske indukcije. U tom slučaju strujni i naponski harmonici različite amplitude čuvaju frekvenciju titranja.

Transformatori se koriste za pretvaranje izmjenične struje niskog napona u viši napon (pojačani transformatori) ili višeg napona u niži napon (snižni transformatori). Najrasprostranjeniji su energetski transformatori za opću primjenu za dalekovode i distribucijske mreže. Energetski transformatori se u većini slučajeva izvode kao trofazni strujni transformatori.

Karakteristike uređaja

Energetski transformatori u struji postavljaju se na unaprijed pripremljena stacionarna mjesta s jakim temeljima. Gusjenice i valjci mogu se postaviti na tlo.

Opći prikaz jednog od mnogih tipova energetskih transformatora koji rade sa sustavima napona 110/10 kV i ukupne snage 10 MVA prikazan je na slici ispod.

Neki pojedinačni elementi njegove konstrukcije opskrbljeni su signaturama. Detaljnije je raspored glavnih dijelova i njihov međusobni raspored prikazan na crtežu.

Električna oprema transformatora smještena je u metalno kućište izrađeno u obliku zatvorenog spremnika s poklopcem. Napunjen je posebnom klasom transformatorskog ulja, koje ima visoka dielektrična svojstva, a istovremeno se koristi za odvođenje topline s dijelova koji su izloženi velikim strujnim opterećenjima.

Unutar spremnika ugrađena je jezgra 9 na koju su postavljeni namoti s niskonaponskim namotima 11 i visokim naponom 10. Prednja stijenka transformatora je 8. Stezaljke visokonaponskog namota spojene su na ulaze koji prolaze kroz porculanske izolatore. 2.

Namoti za niskonaponski namot također su spojeni na žice koje prolaze kroz izolatore 3.Poklopac se pričvrsti na gornji rub spremnika, a između njih se stavi gumena brtva koja sprječava curenje ulja u spoj spremnika i poklopca. U stijenci spremnika izbušena su dva reda rupa, u njih su zavarene cijevi tankih stijenki 7 kroz koje teče ulje.

Na poklopcu se nalazi gumb 1. Njegovim okretanjem možete mijenjati zavoje visokonaponske zavojnice za podešavanje napona pod opterećenjem. Stezaljke su zavarene na poklopac, na koji je montiran spremnik 5, nazvan ekspander.

Ima pokazivač 4 sa staklenom cijevi za praćenje razine ulja i čep s filtrom 6 za komunikaciju s okolnim zrakom.Transformator se kreće na valjcima 12, čije osi prolaze kroz grede zavarene na dnu spremnika. .

Kada teku velike struje, namoti transformatora su izloženi silama koje ih teže deformirati. Da bi se povećala čvrstoća namota, oni su namotani na izolacijske cilindre. Ako je kvadratna traka postavljena u krug, tada područje kruga nije u potpunosti iskorišteno. Stoga se transformatorske šipke izrađuju stepenastog presjeka sastavljanjem od limova različitih širina.

Hidraulički dijagram transformatora

Slika prikazuje pojednostavljenu kompoziciju i interakciju njegovih glavnih elemenata.

Za punjenje / pražnjenje ulja koriste se posebni ventili i vijak, a zaporni ventil koji se nalazi na dnu spremnika namijenjen je uzimanju uzoraka ulja i zatim njegovoj kemijskoj analizi.

Principi hlađenja

Energetski transformator ima dva kruga cirkulacije ulja:

1. vanjski;

2. unutarnji.

Prvi krug predstavlja radijator koji se sastoji od gornjih i donjih kolektora povezanih sustavom metalnih cijevi. Kroz njih prolazi zagrijano ulje, koje se, nalazeći se u cjevovodima rashladnog sredstva, hladi i vraća u spremnik.

Cirkulacija ulja u spremniku može se izvršiti:

• na prirodan način;

• prisilno zbog stvaranja tlaka u sustavu pomoću pumpi.

Često se površina spremnika povećava stvaranjem nabora — posebnih metalnih ploča koje poboljšavaju prijenos topline između ulja i okolne atmosfere.

Odvod topline iz radijatora u atmosferu može se vršiti propuhivanjem sustava pomoću ventilatora ili bez njih zbog slobodne konvekcije zraka. Prisilno strujanje zraka učinkovito povećava uklanjanje topline iz opreme, ali povećava potrošnju energije za rad sustava. Mogu smanjiti karakteristika opterećenja transformatora do 25%.

Toplinska energija koju oslobađaju moderni transformatori velike snage doseže ogromne vrijednosti. Njegova veličina može se pripisati činjenici da su sada, na njegov trošak, počeli provoditi projekte grijanja industrijskih zgrada smještenih uz transformatore koji stalno rade. Održavaju optimalne uvjete rada opreme, čak i zimi.

Kontrola razine ulja u transformatoru

Pouzdan rad transformatora u velikoj mjeri ovisi o kvaliteti ulja kojim je napunjen njegov spremnik. U radu se razlikuju dvije vrste izolacijskog ulja: čisto suho ulje koje se ulijeva u spremnik i radno ulje koje se nalazi u spremniku tijekom rada transformatora.

Specifikacija transformatorskog ulja određuje njegovu viskoznost, kiselost, stabilnost, pepeo, sadržaj mehaničkih nečistoća, plamište, stinište, prozirnost.

Svaki nenormalan radni uvjet transformatora odmah utječe na kvalitetu ulja, stoga je njegova kontrola vrlo važna u radu transformatora. Komunicirajući sa zrakom, ulje se navlaži i oksidira. Vlaga se iz ulja može ukloniti čišćenjem centrifugom ili filter prešom.

Kiselost i druge povrede tehničkih svojstava mogu se ukloniti samo regeneracijom ulja u posebnim uređajima.

Unutarnji kvarovi transformatora kao što su defekti namota, kvar izolacije, lokalno grijanje ili "vatra u željezu" itd. dovode do promjena u kvaliteti ulja.

Ulje kontinuirano cirkulira u spremniku. Njegova temperatura ovisi o cijelom kompleksu utjecajnih čimbenika. Stoga se njegov volumen stalno mijenja, ali se održava unutar određenih granica. Za kompenzaciju odstupanja volumena ulja koristi se ekspanzijski spremnik. Prikladno je pratiti trenutnu razinu u njemu.

Za to se koristi indikator ulja. Najjednostavniji uređaji izrađeni su prema shemi komunikacijskih posuda s prozirnom stijenkom, prethodno ocjenjenom u jedinicama volumena.

Spajanje takvog mjerača tlaka paralelno s ekspanzijskim spremnikom dovoljno je za praćenje rada. U praksi postoje i drugi indikatori ulja koji se razlikuju od ovog principa djelovanja.

Zaštita od prodora vlage

Budući da je gornji dio ekspanzijskog spremnika u kontaktu s atmosferom, u njemu je ugrađen sušač zraka koji sprječava prodiranje vlage u ulje i smanjuje njegova dielektrična svojstva.

Zaštita od unutarnjih oštećenja

To je važan element uljnog sustava plinski relej… Instalira se unutar cjevovoda koji povezuje glavni spremnik transformatora s ekspanzijskim spremnikom. Zbog toga svi plinovi koji se oslobađaju zagrijavanjem ulja i organske izolacije prolaze kroz spremnik s osjetljivim elementom plinskog releja.

Ovaj senzor je postavljen iz rada za vrlo malo, dopušteno stvaranje plina, ali se aktivira kada se poveća u dva stupnja:

1. izdati svjetlosno/zvučni signal upozorenja servisnom osoblju za pojavu kvara kada se postigne zadana vrijednost prve vrijednosti;

2. Isključiti strujne prekidače sa svih strana transformatora radi otpuštanja napona u slučaju snažnog isplinjavanja, što ukazuje na početak snažnih procesa razgradnje ulja i organske izolacije, koji započinju kratkim spojevima unutar spremnika.

Dodatna funkcija plinskog releja je praćenje razine ulja u spremniku transformatora. Kada padne na kritičnu vrijednost, plinska zaštita može raditi ovisno o postavci:

• samo signal;

• za isključivanje signalom.

Zaštita od povećanja tlaka u slučaju nužde unutar spremnika

Odvodna cijev je postavljena na poklopac transformatora na način da njen donji kraj komunicira s kapacitetom spremnika, a ulje teče unutra do razine u ekspanderu. Gornji dio cijevi se uzdiže iznad ekspandera i povlači u stranu, blago savijen prema dolje.Njegov kraj je hermetički zatvoren staklenom sigurnosnom membranom, koja puca u slučaju hitnog povećanja tlaka zbog pojave nedefiniranog zagrijavanja.

Drugi dizajn takve zaštite temelji se na ugradnji ventilskih elemenata koji se otvaraju kada se tlak povećava i zatvaraju kada se otpuste.

Druga vrsta je zaštita sifona. Temelji se na brzoj kompresiji krila s naglim porastom plina. Kao rezultat toga, brava koja drži strelicu, koja je u svom normalnom položaju pod utjecajem komprimirane opruge, srušena je. Puštena strelica lomi staklenu opnu i tako oslobađa pritisak.

Dijagram spajanja transformatora snage

Unutar kućišta spremnika nalaze se:

• kostur s gornjom i donjom gredom;

• magnetski krug;

• zavojnice visokog i niskog napona;

• podešavanje zavojnih grana;

• slavine niskog i visokog napona

• dno visokonaponskih i niskonaponskih čahura.

Okvir zajedno s gredama služi za mehaničko pričvršćivanje svih komponenti.

Dizajn interijera

Magnetski krug služi za smanjenje gubitaka magnetskog toka koji prolazi kroz zavojnice. Izrađen je od električnih čelika laminiranom metodom.

Struja opterećenja teče kroz fazne namotaje transformatora. Kao materijali za njihovu proizvodnju odabiru se metali: bakar ili aluminij s okruglim ili pravokutnim dijelom. Za izolaciju zavoja koriste se posebne marke kabelskog papira ili pamučne pređe.

U koncentričnim namotima koji se koriste u energetskim transformatorima, niskonaponski (NN) namot obično se postavlja na jezgru, koja je izvana okružena visokonaponskim (HV) namotom.Ovakav raspored namota, prvo, omogućuje pomicanje visokonaponskog namota iz jezgre, i drugo, olakšava pristup visokonaponskim namotima tijekom popravaka.

Za bolje hlađenje zavojnica između zavojnica ostavljaju se kanali formirani od izolacijskih odstojnika i brtvila između zavojnica. Tim kanalima cirkulira ulje koje se zagrijavanjem diže, a zatim spušta kroz cijevi spremnika u kojima se hladi.

Koncentrične zavojnice namotane su u obliku cilindara smještenih jedan u drugom. Za visokonaponsku stranu stvara se kontinuirani ili višeslojni namot, a za niskonaponsku stranu spiralni i cilindrični namot.

NN namot je postavljen bliže šipki: to olakšava izradu sloja za njegovu izolaciju. Zatim se na njega montira poseban cilindar koji osigurava izolaciju između visokonaponske i niskonaponske strane, a na njega se montira VN namot.

Opisani način ugradnje prikazan je na lijevoj strani donje slike, s koncentričnim rasporedom namota šipke transformatora.

Desna strana slike prikazuje kako su postavljeni izmjenični namoti, odvojeni izolacijskim slojem.

Kako bi se povećala električna i mehanička čvrstoća izolacije namota, njihova površina je impregnirana posebnom vrstom gliftalnog laka.

Za spajanje namota s jedne strane napona koriste se sljedeći krugovi:

• zvijezde;

• trokut;

• cik-cak.

U ovom slučaju, krajevi svake zavojnice označeni su slovima latinične abecede, kao što je prikazano u tablici.

Tip transformatora Strana namota Niski napon Srednji napon Visoki napon Početak kraj neutralni Početak kraj neutralni Početak kraj neutralni Jednofazni a x — At Ht — A x — Dva namota tri faze a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y s G ° C Z Tri namota tri faze a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° S Z Ht ° S Z

Stezaljke namota spojene su na odgovarajuće spustne vodiče koji su montirani na izolatorske vijke čahura koji se nalaze na poklopcu spremnika transformatora.

Da bi se ostvarila mogućnost podešavanja vrijednosti izlaznog napona, na namotima se izrađuju grane. Jedna od varijanti regulacijskih grana prikazana je na dijagramu.

Sustav regulacije napona dizajniran je s mogućnošću promjene nazivne vrijednosti unutar ± 5%. Da biste to učinili, izvršite pet koraka od po 2,5%.

Za transformatore velike snage regulacija se obično stvara na visokonaponskom namotu. Ovo pojednostavljuje dizajn prekidača i omogućuje poboljšanje točnosti izlaznih karakteristika pružanjem više okretaja na toj strani.

U višeslojnim cilindričnim zavojnicama regulacijske grane su napravljene s vanjske strane sloja na kraju zavojnice i nalaze se simetrično na istoj visini u odnosu na jaram.

Za pojedinačne projekte transformatora, grane se izrađuju u srednjem dijelu. Kada se koristi obrnuti krug, jedna polovica namotaja se izvodi s desnom zavojnicom, a druga s lijevom zavojnicom.

Za prebacivanje slavina koristi se trofazna sklopka.

Ima sustav fiksnih kontakata, koji su spojeni na grane zavojnica, i pomičnih, koji preklapaju krug, stvarajući različite električne krugove s fiksnim kontaktima.

Ako su grane napravljene blizu nulte točke, tada jedan prekidač kontrolira rad sve tri faze odjednom. To se može učiniti jer napon između pojedinih dijelova sklopke ne prelazi 10% linearne vrijednosti.

Kada se izvode odvojci u srednjem dijelu namota, tada se za svaku fazu koristi vlastiti, pojedinačni prekidač.

Metode podešavanja izlaznog napona

Postoje dvije vrste prekidača koji vam omogućuju promjenu broja zavoja na svakoj zavojnici:

1. sa smanjenjem opterećenja;

2. pod opterećenjem.

Prva metoda traje duže i nije popularna.

Prekidač opterećenja omogućuje lakše upravljanje električnim mrežama osiguravajući nesmetano napajanje priključenih potrošača. Ali da biste to učinili, morate imati složen dizajn prekidača koji je opremljen dodatnim funkcijama:

• izvođenje prijelaza između grana bez prekida struja opterećenja spajanjem dvaju susjednih kontakata tijekom sklopke;

• ograničavanje struje kratkog spoja unutar namota između spojenih odvojaka tijekom njihova istovremenog uključivanja.

Tehničko rješenje za ove probleme je stvaranje rasklopnih uređaja kojima se upravlja daljinskim upravljanjem, koristeći prigušnice i otpornike koji ograničavaju struju.

Na fotografiji prikazanoj na početku članka, energetski transformator koristi automatsko podešavanje izlaznog napona pod opterećenjem stvaranjem AVR dizajna koji kombinira relejni krug za upravljanje elektromotorom s aktuatorom i kontaktorima.

Princip i načini rada

Rad energetskog transformatora temelji se na istim zakonima kao i u konvencionalnom:

• Električna struja koja prolazi kroz ulaznu zavojnicu s vremenski promjenjivim harmonikom oscilacija inducira promjenjivo magnetsko polje unutar magnetskog kruga.

• Promjenjivi magnetski tok koji prodire kroz zavoje druge zavojnice inducira EMF u njima.

Načini rada

Tijekom rada i ispitivanja energetski transformator može biti u radnom ili hitnom načinu rada.

Način rada stvoren spajanjem izvora napona na primarni namot i opterećenja na sekundar. U tom slučaju vrijednost struje u namotima ne smije premašiti izračunate dopuštene vrijednosti. U ovom načinu rada energetski transformator mora dugotrajno i pouzdano opskrbljivati ​​sve na njega priključene potrošače.

Varijanta načina rada je test praznog hoda i kratkog spoja za provjeru električnih karakteristika.

Prazan hod nastaje otvaranjem sekundarnog kruga kako bi se isključio protok struje u njemu. Koristi se za određivanje:

• Učinkovitost;

• faktor transformacije;

• gubici u čeliku zbog magnetizacije jezgre.

Pokušaj kratkog spoja nastaje kratkim spojem stezaljki sekundarnog namota, ali s podcijenjenim naponom na ulazu transformatora do vrijednosti koja može stvoriti sekundarnu nazivnu struju bez njezinog prekoračenja.Ova metoda se koristi za određivanje gubitaka bakra.

U hitne načine rada, transformator uključuje sve povrede njegovog rada, što dovodi do odstupanja radnih parametara izvan granica njihovih dopuštenih vrijednosti. Kratki spoj unutar namota smatra se posebno opasnim.

Načini rada u nuždi dovode do požara električne opreme i razvoja nepovratnih posljedica. Oni su sposobni uzrokovati veliku štetu elektroenergetskom sustavu.

Stoga, kako bi se spriječile takve situacije, svi energetski transformatori opremljeni su automatskim, zaštitnim i signalnim uređajima, koji su dizajnirani da održavaju normalan rad primarne petlje i brzo ga isključuju sa svih strana u slučaju kvara.