Močnostni transformatorji - naprava in princip delovanja
Pri transportu električne energije na velike razdalje se za zmanjšanje izgub uporablja princip transformacije. V ta namen se električna energija, ki jo proizvajajo generatorji, dovaja v transformatorsko postajo. Poveča amplitudo napetosti, ki vstopa v daljnovod.
Drugi konec daljnovoda je povezan z vhodom oddaljene transformatorske postaje. Na njem se napetost zmanjša za distribucijo električne energije med porabniki.
V obeh transformatorskih postajah so pri pretvorbi električne energije velike moči vključene posebne napajalne naprave:
1. transformatorji;
2. avtotransformatorji.
Imajo veliko skupnih lastnosti in značilnosti, vendar se razlikujejo po določenih principih delovanja. Ta članek opisuje samo prve modele, kjer je prenos električne energije med posameznimi tuljavami posledica elektromagnetne indukcije. V tem primeru harmoniki toka in napetosti, ki se razlikujejo po amplitudi, ohranjajo frekvenco nihanja.
Transformatorji se uporabljajo za pretvorbo nizkonapetostnega izmeničnega toka v višjo napetost (stopenjski transformatorji) ali višje napetosti v nižjo napetost (stopenjski transformatorji). Najbolj razširjeni so močnostni transformatorji za splošno uporabo za daljnovode in distribucijska omrežja. Močnostni transformatorji so v večini primerov zgrajeni kot trifazni tokovni transformatorji.
Značilnosti naprave
Močnostni transformatorji v električni energiji so nameščeni na vnaprej pripravljenih stacionarnih mestih z močnimi temelji. Gosenice in valje je mogoče namestiti za postavitev na tla.
Splošen pogled na enega od številnih tipov močnostnih transformatorjev, ki delujejo z napetostnimi sistemi 110/10 kV in s skupno močjo 10 MVA, je prikazan na spodnji sliki.
Nekateri posamezni elementi njegove konstrukcije so opremljeni s podpisi. Podrobneje je razporeditev glavnih delov in njihova medsebojna razporeditev prikazana na risbi.
V notranjosti rezervoarja je nameščeno jedro 9, na katerem so nameščeni navitji z nizkonapetostnimi navitji 11 in visoko napetostjo 10. Sprednja stena transformatorja je 8. Sponke visokonapetostnega navitja so povezane z vhodi, ki potekajo skozi porcelanske izolatorje 2.
Navitja za nizkonapetostno navitje so povezana tudi z žicami, ki potekajo skozi izolatorje 3.Pokrov je pritrjen na zgornji rob rezervoarja in med njima nameščeno gumijasto tesnilo, ki preprečuje iztekanje olja v spoj rezervoarja in pokrova. V steno rezervoarja sta izvrtani dve vrsti lukenj, vanje so privarjene tankostenske cevi 7, skozi katere teče olje.
Na pokrovu je gumb 1. Z vrtenjem lahko preklapljate zavoje visokonapetostne tuljave za prilagajanje napetosti pod obremenitvijo. Na pokrov so privarjene objemke, na katere je nameščen rezervoar 5, imenovan ekspander.
Ima indikator 4 s stekleno cevjo za nadzor nivoja olja in čep s filtrom 6 za komunikacijo z okoliškim zrakom.Transformator se premika na valjih 12, katerih osi potekajo skozi nosilce, privarjene na dno rezervoarja. .
Ko tečejo veliki tokovi, so navitja transformatorja izpostavljena silam, ki jih poskušajo deformirati. Za povečanje trdnosti navitij so naviti na izolacijske cilindre. Če je kvadratni trak postavljen v krog, potem območje kroga ni v celoti uporabljeno. Zato so transformatorske palice izdelane s stopničastim prečnim prerezom z montažo iz listov različnih širin.
Hidravlični diagram transformatorja
Slika prikazuje poenostavljeno sestavo in interakcijo njegovih glavnih elementov.
Za polnjenje / izpust olja se uporabljajo posebni ventili in vijak, zaporni ventil na dnu rezervoarja pa je zasnovan za odvzem vzorcev olja in nato izvedbo njegove kemične analize.
Načela hlajenja
Močnostni transformator ima dva kroga kroženja olja:
1. zunanji;
2. notranji.
Prvo vezje predstavlja radiator, sestavljen iz zgornjega in spodnjega kolektorja, povezanih s sistemom kovinskih cevi. Skozi njih gre segreto olje, ki se v ceveh hladilnega sredstva ohladi in vrne v rezervoar.
Kroženje olja v rezervoarju je mogoče izvesti:
-
na naraven način;
-
prisilno zaradi ustvarjanja tlaka v sistemu s črpalkami.
Pogosto se površina rezervoarja poveča z ustvarjanjem valov - posebnih kovinskih plošč, ki izboljšajo prenos toplote med oljem in okoliško atmosfero.
Odvzem toplote iz radiatorja v ozračje se lahko izvaja z vpihovanjem sistema z ventilatorji ali brez njih zaradi proste konvekcije zraka. Prisilni pretok zraka učinkovito poveča odvajanje toplote iz opreme, vendar poveča porabo energije za delovanje sistema. Lahko zmanjšajo obremenitvena karakteristika transformatorja do 25 %.
Toplotna energija, ki jo sproščajo sodobni transformatorji velike moči, dosega ogromne vrednosti. Njegovo velikost je mogoče pripisati dejstvu, da so zdaj na njegov račun začeli izvajati projekte za ogrevanje industrijskih zgradb, ki se nahajajo poleg nenehno delujočih transformatorjev. Ohranjajo optimalne pogoje delovanja opreme tudi pozimi.
Kontrola nivoja olja v transformatorju
Zanesljivo delovanje transformatorja je v veliki meri odvisno od kakovosti olja, s katerim je napolnjen njegov rezervoar. Pri delovanju ločimo dve vrsti izolacijskega olja: čisto suho olje, ki se vlije v rezervoar, in delovno olje, ki je v rezervoarju med delovanjem transformatorja.
Specifikacija transformatorskega olja določa njegovo viskoznost, kislost, stabilnost, pepel, vsebnost mehanskih nečistoč, plamenišče, litišče, prosojnost.
Kakršni koli nenormalni pogoji delovanja transformatorja takoj vplivajo na kakovost olja, zato je njegova kontrola zelo pomembna pri delovanju transformatorjev. V stiku z zrakom se olje navlaži in oksidira. Vlago lahko odstranimo iz olja s čiščenjem s centrifugo ali filtrirno stiskalnico.
Kislost in druge kršitve tehničnih lastnosti lahko odpravimo le z regeneracijo olja v posebnih napravah.
Notranje okvare transformatorja, kot so okvare navitij, okvare izolacije, lokalno ogrevanje ali "požar v železu" itd., povzročijo spremembe v kakovosti olja.
Olje neprekinjeno kroži v rezervoarju. Njegova temperatura je odvisna od celega kompleksa vplivnih dejavnikov. Zato se njegova prostornina ves čas spreminja, vendar se ohranja v določenih mejah. Za kompenzacijo prostorninskih odstopanj olja se uporablja ekspanzijska posoda. V njem je priročno spremljati trenutno raven.
Za to se uporablja indikator olja. Najenostavnejše naprave so izdelane po shemi komunikacijskih posod s prozorno steno, predhodno razvrščene v enotah prostornine.
Priključitev takega manometra vzporedno z ekspanzijsko posodo zadostuje za spremljanje delovanja. V praksi obstajajo tudi drugi indikatorji olja, ki se razlikujejo od tega načela delovanja.
Zaščita pred vdorom vlage
Ker je zgornji del ekspanzijske posode v stiku z atmosfero, je v njej nameščen sušilnik zraka, ki preprečuje vdor vlage v olje in zmanjšuje njegove dielektrične lastnosti.
Notranja zaščita pred poškodbami
Je pomemben element oljnega sistema plinski rele… Nameščen je znotraj cevi, ki povezuje glavno posodo transformatorja z ekspanzijsko posodo. Zato gredo vsi plini, ki se sproščajo pri segrevanju olja in organske izolacije, skozi posodo z občutljivim elementom plinskega releja.
Ta senzor je nastavljen iz delovanja za zelo majhno, dovoljeno tvorbo plina, vendar se sproži, ko se poveča v dveh stopnjah:
1. izdati svetlobni / zvočni opozorilni signal servisnemu osebju za pojav okvare, ko je dosežena nastavljena vrednost prve vrednosti;
2. izključiti stikala na vseh straneh transformatorja za sprostitev napetosti v primeru močnega uplinjanja, ki nakazuje začetek močnih procesov razgradnje olja in organske izolacije, ki se začnejo s kratkimi stiki v rezervoarju.
Dodatna funkcija plinskega releja je spremljanje nivoja olja v rezervoarju transformatorja. Ko pade na kritično vrednost, lahko plinska zaščita deluje glede na nastavitev:
-
samo signal;
-
za izklop s signalom.
Zaščita pred izrednim dvigom tlaka v rezervoarju
Odtočna cev je nameščena na pokrovu transformatorja tako, da njen spodnji konec komunicira s prostornino rezervoarja, olje pa teče v notranjost do nivoja v ekspanderju. Zgornji del cevi se dvigne nad ekspander in se umakne vstran, rahlo upognjen navzdol.Njegov konec je hermetično zaprt s stekleno varnostno membrano, ki se v primeru izrednega povečanja tlaka zaradi pojava nedefiniranega segrevanja zlomi.
Druga zasnova takšne zaščite temelji na vgradnji ventilskih elementov, ki se odprejo, ko se tlak poveča, in zaprejo, ko se sprostijo.
Druga vrsta je zaščita sifona. Temelji na hitrem stiskanju kril z močnim dvigom plina. Posledično je ključavnica, ki drži puščico, ki je v normalnem položaju pod vplivom stisnjene vzmeti, podrta. Izpuščena puščica zlomi stekleno membrano in tako sprosti pritisk.
Shema povezave močnostnega transformatorja
Znotraj ohišja rezervoarja se nahajajo:
-
okostje z zgornjim in spodnjim žarkom;
-
magnetno vezje;
-
tuljave za visoko in nizko napetost;
-
nastavitev navitih vej;
-
nizko in visokonapetostne pipe
-
spodnji del visoko- in nizkonapetostnih puš.
Okvir skupaj z nosilci služi za mehansko pritrjevanje vseh komponent.
Notranje oblikovanje
Magnetno vezje služi za zmanjšanje izgub magnetnega toka, ki prehaja skozi tuljave. Izdelan je iz elektrotehničnega jekla po laminirani metodi.
Tok bremena teče skozi fazna navitja transformatorja. Kot materiali za njihovo izdelavo so izbrane kovine: baker ali aluminij z okroglim ali pravokotnim delom. Za izolacijo zavojev se uporabljajo posebne znamke kabelskega papirja ali bombažne preje.
Pri koncentričnih navitjih, ki se uporabljajo v močnostnih transformatorjih, je nizkonapetostno (NN) navitje običajno nameščeno na jedro, ki je na zunanji strani obdano z visokonapetostnim (HV) navitjem.Ta razporeditev navitij, prvič, omogoča premikanje visokonapetostnega navitja iz jedra, in drugič, olajša dostop do visokonapetostnih navitij med popravili.
Za boljše hlajenje tuljav se med tuljavami pustijo kanali, ki jih tvorijo izolacijski distančniki in tesnila med tuljavami. Po teh kanalih kroži olje, ki se pri segrevanju dviga in nato spušča po ceveh rezervoarja, v katerem se ohlaja.
Koncentrične tuljave so navite v obliki valjev, ki se nahajajo drug v drugem. Za visokonapetostno stran se ustvari neprekinjeno ali večslojno navitje, za nizkonapetostno stran pa spiralno in cilindrično navitje.
NN navitje je nameščeno bližje palici: tako je lažje narediti plast za njegovo izolacijo. Nato se nanj namesti poseben valj, ki zagotavlja izolacijo med visoko in nizkonapetostno stranjo, nanj pa se namesti VN navitje.
Opisan način namestitve je prikazan na levi strani spodnje slike s koncentrično razporeditvijo navitij transformatorske palice.
Na desni strani slike je prikazano, kako so nameščena izmenična navitja, ločena z izolacijsko plastjo.
Da bi povečali električno in mehansko trdnost izolacije navitij, je njihova površina impregnirana s posebno vrsto gliftalnega laka.
Za povezavo navitij na eni strani napetosti se uporabljajo naslednja vezja:
-
zvezde;
-
trikotnik;
-
cik-cak.
V tem primeru so konci vsake tuljave označeni s črkami latinske abecede, kot je prikazano v tabeli.
Vrsta transformatorja Stran navitja Nizka napetost Srednja napetost Visoka napetost Začetni konec nevtralni Začetek konec nevtralni Začetek konec nevtralni Enofazni a x — Pri Ht — A x — Dve navitji tri faze a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y z G ° C Z Tri navitja tri faze a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z
Priključki navitij so povezani z ustreznimi odvodnimi vodniki, ki so nameščeni na vijake izolatorja puše, ki se nahajajo na pokrovu rezervoarja transformatorja.
Da bi uresničili možnost prilagajanja vrednosti izhodne napetosti, so na navitjih izdelane veje. Ena od variant krmilnih vej je prikazana na diagramu.
Sistem regulacije napetosti je zasnovan z možnostjo spreminjanja nazivne vrednosti v območju ± 5%. Če želite to narediti, opravite pet korakov po 2,5 %.
Pri močnostnih transformatorjih se regulacija običajno ustvari na visokonapetostnem navitju. To poenostavlja zasnovo stikala na pipo in omogoča izboljšanje natančnosti izhodnih karakteristik z zagotavljanjem več obratov na tej strani.
V večslojnih cilindričnih tuljavah so regulacijske veje izdelane na zunanji strani plasti na koncu tuljave in so nameščene simetrično na isti višini glede na jarem.
Za posamezne projekte transformatorjev so veje izdelane v srednjem delu. Pri uporabi vzvratnega vezja se ena polovica navitja izvede z desno tuljavo, druga pa z levo tuljavo.
Za preklop pip se uporablja trifazno stikalo.
Ima sistem fiksnih kontaktov, ki so povezani z vejami tuljav, in premičnih, ki preklapljajo tokokrog in ustvarjajo različne električne tokokroge s fiksnimi kontakti.
Če so veje narejene blizu ničelne točke, potem eno stikalo nadzoruje delovanje vseh treh faz hkrati. To je mogoče storiti, ker napetost med posameznimi deli stikala ne presega 10% linearne vrednosti.
Ko so v srednjem delu navitja izdelane pipe, se za vsako fazo uporabi svoje, individualno stikalo.
Metode prilagajanja izhodne napetosti
Obstajata dve vrsti stikal, ki vam omogočata spreminjanje števila obratov na vsaki tuljavi:
1. z zmanjšanjem obremenitve;
2. pod obremenitvijo.
Prva metoda traja dlje časa in ni priljubljena.
Preklapljanje bremen omogoča lažje upravljanje električnih omrežij z zagotavljanjem neprekinjenega napajanja priključenih porabnikov. Toda za to morate imeti zapleteno zasnovo stikala, ki je opremljeno z dodatnimi funkcijami:
-
izvajanje prehodov med vejami brez prekinitve bremenskih tokov s povezovanjem dveh sosednjih kontaktov med preklapljanjem;
-
omejevanje toka kratkega stika znotraj navitja med priključenimi odcepi med njihovim hkratnim vklopom.
Tehnična rešitev teh težav je ustvarjanje preklopnih naprav, ki jih upravlja daljinsko upravljanje, z uporabo reaktorjev in uporov za omejevanje toka.
Na fotografiji, prikazani na začetku članka, močnostni transformator uporablja samodejno prilagajanje izhodne napetosti pod obremenitvijo z ustvarjanjem zasnove AVR, ki združuje relejno vezje za krmiljenje elektromotorja z aktuatorjem in kontaktorji.
Načelo in načini delovanja
Delovanje močnostnega transformatorja temelji na enakih zakonih kot pri običajnem:
-
Električni tok, ki teče skozi vhodno tuljavo s časovno spremenljivim harmonikom nihanj, inducira spreminjajoče se magnetno polje znotraj magnetnega kroga.
-
Spreminjajoči se magnetni tok, ki prodira skozi zavoje druge tuljave, v njih inducira EMF.
Načini delovanja
Med delovanjem in testiranjem je močnostni transformator lahko v delovnem ali zasilnem načinu.
Način delovanja, ustvarjen s priključitvijo vira napetosti na primarno navitje in bremena na sekundar. V tem primeru vrednost toka v navitjih ne sme presegati izračunanih dovoljenih vrednosti. V tem načinu mora močnostni transformator dolgo in zanesljivo oskrbovati vse nanj priključene porabnike.
Različica načina delovanja je preskus brez obremenitve in kratkega stika za preverjanje električnih karakteristik.
Brez obremenitve, ki nastane z odpiranjem sekundarnega tokokroga, da se prekine pretok toka v njem. Uporablja se za določanje:
-
Učinkovitost;
-
transformacijski faktor;
-
izgube v jeklu zaradi magnetizacije jedra.
Poskus kratkega stika nastane s kratkim stikom sponk sekundarnega navitja, vendar s podcenjeno napetostjo na vhodu transformatorja do vrednosti, ki lahko ustvari sekundarni nazivni tok, ne da bi ga presegla.Ta metoda se uporablja za določanje izgub bakra.
V zasilne načine transformator vključuje vse kršitve njegovega delovanja, ki vodijo do odstopanja delovnih parametrov izven meja njihovih dovoljenih vrednosti. Kratek stik znotraj navitij velja za posebno nevarnega.
Načini v sili vodijo do požarov električne opreme in razvoja nepopravljivih posledic. Lahko povzročijo veliko škodo na elektroenergetskem sistemu.
Zato so za preprečitev takšnih situacij vsi močnostni transformatorji opremljeni z avtomatskimi, zaščitnimi in signalnimi napravami, ki so namenjene vzdrževanju normalnega delovanja primarne zanke in jo v primeru okvare hitro odklopijo z vseh strani.