Krafttransformatorer — enhet och funktionsprincip

Vid transport av el över långa avstånd används transformationsprincipen för att minska förlusterna. För detta ändamål matas den elektricitet som genereras av generatorerna till transformatorstationen. Det ökar amplituden för spänningen som kommer in i kraftledningen.

Den andra änden av överföringsledningen är ansluten till ingången på fjärrunderstationen. På den sänks spänningen för att fördela elen mellan konsumenterna.

I båda transformatorstationerna är speciella strömförsörjningsanordningar involverade i omvandlingen av högeffektselektricitet:

1. transformatorer;

2. autotransformatorer.

De har många gemensamma egenskaper och egenskaper, men skiljer sig åt i vissa funktionsprinciper. Den här artikeln beskriver endast de första konstruktionerna där överföringen av elektricitet mellan enskilda spolar beror på elektromagnetisk induktion. I detta fall bevarar ström- och spänningsövertoner som varierar i amplitud oscillationsfrekvensen.

Transformatorer används för att omvandla lågspänningsväxelström till en högre spänning (step-up transformatorer) eller en högre spänning till en lägre spänning (step-down transformatorer). De mest utbredda är krafttransformatorerna för allmän användning för transmissionsledningar och distributionsnät. Krafttransformatorer är i de flesta fall byggda som trefasströmtransformatorer.

Enhetens egenskaper

Krafttransformatorer i el installeras på förberedda stationära platser med starka fundament. Band och rullar kan installeras för att placeras på marken.

En allmän bild av en av de många typerna av krafttransformatorer som arbetar med 110/10 kV spänningssystem och med en total effekt på 10 MVA visas i bilden nedan.

Vissa enskilda delar av dess konstruktion är försedda med signaturer. Mer detaljerat visas arrangemanget av huvuddelarna och deras inbördes arrangemang på ritningen.

Transformatorns elektriska utrustning är inrymd i ett metallhölje tillverkat i form av en förseglad tank med lock. Den är fylld med en speciell klass av transformatorolja, som har höga dielektriska egenskaper och som samtidigt används för att avlägsna värme från delar som utsätts för höga strömbelastningar.

En kärna 9 är installerad inuti tanken, på vilken lindningarna med lågspänningslindningar 11 och högspänning 10 är placerade. Transformatorns främre vägg är 8. Högspänningslindningens terminaler är anslutna till ingångarna som går genom porslinsisolatorer 2.

Lindningarna för lågspänningslindningen är också anslutna till ledningarna som går genom isolatorerna 3.Locket fästs i tankens övre kant och en gummipackning placeras mellan dem för att förhindra att olja läcker in i skarven mellan tanken och locket. Två rader av hål borras i tankens vägg, tunnväggiga rör 7 svetsas in i dem, genom vilka olja strömmar.

På locket finns en ratt 1. Genom att vrida på den kan du växla varven på högspänningsspolen för att justera spänningen under belastning. Klämmor är svetsade på locket, på vilket en tank 5, kallad expander, är monterad.

Den har en indikator 4 med ett glasrör för övervakning av oljenivån och en plugg med ett filter 6 för kommunikation med den omgivande luften.Transformatorn rör sig på rullar 12, vars axlar passerar genom balkarna svetsade till botten av tanken .

När stora strömmar flyter utsätts transformatorlindningarna för krafter som tenderar att deformera dem. För att öka styrkan på lindningarna lindas de på isolerande cylindrar. Om en fyrkantig remsa placeras i en cirkel, används inte cirkelns yta fullt ut. Därför är transformatorstavarna gjorda med ett stegvis tvärsnitt genom montering av ark med olika bredder.

Hydrauldiagram av transformatorn

Bilden visar en förenklad sammansättning och interaktion av dess huvudelement.

Specialventiler och en skruv används för att fylla/tömma olja, och avstängningsventilen som finns i botten av tanken är utformad för att ta oljeprover och sedan utföra dess kemiska analys.

Principer för kylning

Krafttransformatorn har två oljecirkulationskretsar:

1. extern;

2. inre.

Den första kretsen representeras av en radiator som består av övre och nedre kollektorer anslutna av ett system av metallrör. Uppvärmd olja passerar genom dem, som, i köldmedieledningarna, kyls och återgår till tanken.

Oljecirkulationen i tanken kan göras:

• på ett naturligt sätt;

• tvingas på grund av skapandet av tryck i systemet av pumpar.

Ofta ökar tankens yta genom att skapa korrugeringar - speciella metallplattor som förbättrar värmeöverföringen mellan oljan och den omgivande atmosfären.

Intaget av värme från radiatorn till atmosfären kan utföras genom att blåsa systemet med fläktar eller utan dem på grund av fri luftkonvektion. Forcerat luftflöde ökar effektivt värmeavledningen från utrustningen, men ökar energiförbrukningen för att driva systemet. De kan minska belastningskarakteristik för transformatorn upp till 25 %.

Den termiska energin som frigörs av moderna högeffekttransformatorer når enorma värden. Dess storlek kan tillskrivas det faktum att de nu, på dess bekostnad, började genomföra projekt för uppvärmning av industribyggnader som ligger bredvid ständigt fungerande transformatorer. De upprätthåller optimala driftsförhållanden för utrustningen, även på vintern.

Oljenivåkontroll i transformatorn

Den tillförlitliga driften av transformatorn beror till stor del på kvaliteten på oljan som dess tank är fylld med. I drift särskiljs två typer av isoleringsolja: ren torr olja, som hälls i tanken, och arbetsolja, som finns i tanken under drift av transformatorn.

Specifikationen för transformatoroljan bestämmer dess viskositet, surhet, stabilitet, aska, innehåll av mekaniska föroreningar, flampunkt, flytpunkt, transparens.

Alla onormala driftsförhållanden för transformatorn påverkar omedelbart oljekvaliteten, därför är dess kontroll mycket viktig vid driften av transformatorer. Kommunicerar med luft, oljan fuktas och oxideras. Fukt kan avlägsnas från oljan genom att rengöra med en centrifug eller filterpress.

Surhet och andra kränkningar av tekniska egenskaper kan endast avlägsnas genom att regenerera oljan i speciella anordningar.

Interna transformatorfel som lindningsfel, isoleringsfel, lokal uppvärmning eller "brand i järnet" etc. leder till förändringar i oljekvaliteten.

Oljan cirkuleras kontinuerligt i tanken. Dess temperatur beror på ett helt komplex av påverkande faktorer. Därför ändras dess volym hela tiden, men hålls inom vissa gränser. En expansionstank används för att kompensera för volymavvikelser hos oljan. Det är bekvämt att övervaka den aktuella nivån i den.

En oljeindikator används för detta. De enklaste enheterna är gjorda enligt schemat för kommunikationskärl med en transparent vägg, förklassade i volymenheter.

Att ansluta en sådan tryckmätare parallellt med expansionstanken är tillräckligt för att övervaka driften. I praktiken finns det andra oljeindikatorer som skiljer sig från denna handlingsprincip.

Skydd mot fuktinträngning

Eftersom den övre delen av expansionstanken är i kontakt med atmosfären installeras en lufttork i den, vilket förhindrar att fukt tränger in i oljan och minskar dess dielektriska egenskaper.

Inre skadeskydd

Det är en viktig del av oljesystemet gasrelä… Den är installerad inuti röret som ansluter transformatorns huvudtank till expansionstanken. Därför passerar alla gaser som frigörs när de värms upp av oljan och den organiska isoleringen genom behållaren med det känsliga elementet i gasreläet.

Denna sensor är inställd från drift för en mycket liten, tillåten gasbildning, men utlöses när den ökar i två steg:

1. att utfärda en ljus-/ljudvarningssignal till servicepersonalen för uppkomsten av ett fel när det inställda värdet för det första värdet uppnås;

2. att stänga av strömbrytarna på alla sidor av transformatorn för att frigöra spänningen vid våldsam gasning, vilket indikerar början på kraftfulla processer för nedbrytning av olja och organisk isolering, som börjar med kortslutningar inuti tanken.

En ytterligare funktion hos gasreläet är att övervaka oljenivån i transformatortanken. När det sjunker till ett kritiskt värde kan gasskyddet fungera beroende på inställningen:

• endast signal;

• att stänga av med en signal.

Skydd mot nödtrycksuppbyggnad inuti tanken

Dräneringsröret är monterat på transformatorns lock på ett sådant sätt att dess nedre ände kommunicerar med tankens kapacitet och oljan strömmar inuti till nivån i expandern. Den övre delen av röret stiger över expandern och dras tillbaka till sidan, lätt böjd.Dess ände är hermetiskt förseglad av ett säkerhetsmembran av glas, som går sönder i händelse av en nödtrycksökning på grund av odefinierad uppvärmning.

En annan utformning av ett sådant skydd bygger på installationen av ventilelement som öppnar när trycket ökar och stänger när de släpps.

En annan typ är sifonskydd. Den är baserad på den snabba komprimeringen av vingarna med en kraftig ökning av gasen. Som ett resultat slås låset som håller pilen, som i sitt normala läge är under påverkan av en komprimerad fjäder, ner. Den släppta pilen bryter glasmembranet och avlastar på så sätt trycket.

Anslutningsschema för krafttransformator

Inuti tankhuset finns:

• skelett med övre och nedre balk;

• magnetisk krets;

• hög- och lågspänningsspolar;

• justering av slingrande grenar;

• låg- och högspänningsuttag

• botten av hög- och lågspänningsbussningarna.

Ramen, tillsammans med balkarna, tjänar till att mekaniskt fästa alla komponenter.

Inredningsdesign

Den magnetiska kretsen tjänar till att minska förlusterna av det magnetiska flödet som passerar genom spolarna. Den är gjord av stålkvaliteter med laminerad metod.

Belastningsströmmen flyter genom transformatorns faslindningar. Metaller väljs som material för deras produktion: koppar eller aluminium med en rund eller rektangulär sektion. Speciella märken av kabelpapper eller bomullsgarn används för att isolera varven.

I koncentriska lindningar som används i krafttransformatorer placeras vanligtvis en lågspänningslindning (LV) på kärnan, som omges av en högspänningslindning (HV) på utsidan.Detta arrangemang av lindningarna gör det för det första möjligt att flytta högspänningslindningen från kärnan, och för det andra underlättar det åtkomst till högspänningslindningarna under reparationer.

För bättre kylning av spolarna lämnas kanaler som bildas av isolerande distanser och packningar mellan spolarna. Oljan cirkulerar genom dessa kanaler, som vid uppvärmning stiger och sedan sjunker genom tankens rör, i vilka de kyls.

Koncentriska spolar är lindade i form av cylindrar placerade inuti den andra. För högspänningssidan skapas en kontinuerlig eller flerskiktslindning och för lågspänningssidan en spiral- och cylindrisk lindning.

LV-lindningen placeras närmare stången: detta gör det lättare att göra ett lager för dess isolering. Sedan är en speciell cylinder monterad på den, vilket ger isolering mellan hög- och lågspänningssidorna, och HV-lindningen är monterad på den.

Installationsmetoden som beskrivs visas på vänster sida av bilden nedan, med det koncentriska arrangemanget av transformatorstavens lindningar.

Den högra sidan av bilden visar hur alternativa lindningar placeras, åtskilda av ett isolerande lager.

För att öka den elektriska och mekaniska styrkan hos lindningarnas isolering är deras yta impregnerad med en speciell typ av glyftallack.

För att ansluta lindningarna på ena sidan av spänningen används följande kretsar:

• stjärnor;

• triangel;

• sicksack.

I det här fallet är ändarna på varje spole markerade med bokstäver i det latinska alfabetet, som visas i tabellen.

Transformatortyp Lindningssida Lågspänning Medelspänning Högspänning Startände neutral Startände neutral Startände neutral Enfas a x — Vid Ht — A x — Två lindningar tre faser a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y med G ° C Z Tre lindningar tre faser a x Vid Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z

Lindningarnas terminaler är anslutna till motsvarande nedledare som är monterade på bussningens isolatorbultar som finns på transformatortankens lock.

För att realisera möjligheten att justera värdet på utspänningen görs grenar på lindningarna. En av varianterna av styrgrenarna visas i diagrammet.

Spänningsregleringssystemet är utformat med möjlighet att ändra det nominella värdet inom ± 5 %. För att göra detta, slutför fem steg på 2,5 % vardera.

För krafttransformatorer med hög effekt skapas reglering vanligtvis på en högspänningslindning. Detta förenklar utformningen av tappströmställaren och gör det möjligt att förbättra noggrannheten i utgångsegenskaperna genom att ge fler varv på den sidan.

I flerlagers cylindriska spolar är regleringsgrenarna gjorda på utsidan av skiktet vid spolens ände och är placerade symmetriskt på samma höjd i förhållande till oket.

För individuella projekt av transformatorer görs grenar i mitten. Vid användning av en omvänd krets görs ena halvan av lindningen med den högra spolen och den andra med den vänstra spolen.

En trefasbrytare används för att koppla om kranarna.

Den har ett system med fasta kontakter, som är anslutna till spolarnas grenar, och rörliga, som växlar kretsen och skapar olika elektriska kretsar med fasta kontakter.

Om grenarna görs nära nollpunkten, styr en omkopplare driften av alla tre faserna samtidigt. Detta kan göras eftersom spänningen mellan de enskilda delarna av omkopplaren inte överstiger 10 % av det linjära värdet.

När kranar görs i mitten av lindningen, används en egen, individuell strömbrytare för varje fas.

Metoder för att justera utspänningen

Det finns två typer av omkopplare som låter dig ändra antalet varv på varje spole:

1. med belastningsreduktion;

2. under belastning.

Den första metoden tar längre tid att slutföra och är inte populär.

Lastväxling möjliggör enklare hantering av elektriska nätverk genom att tillhandahålla oavbruten ström till anslutna konsumenter. Men för att göra det måste du ha en komplex design av switchen, som är utrustad med ytterligare funktioner:

• utföra övergångar mellan grenar utan avbrott av lastströmmar genom att ansluta två intilliggande kontakter under omkoppling;

• begränsning av kortslutningsströmmen inuti lindningen mellan de anslutna uttagen under deras samtidiga tillslag.

Den tekniska lösningen på dessa problem är skapandet av omkopplingsanordningar som drivs av fjärrkontroll, med användning av strömbegränsande reaktorer och motstånd.

På bilden som visas i början av artikeln använder krafttransformatorn automatisk justering av utspänningen under belastning genom att skapa en AVR-design som kombinerar en reläkrets för att styra en elmotor med ett ställdon och kontaktorer.

Princip och arbetssätt

Driften av en krafttransformator är baserad på samma lagar som i en konventionell:

• En elektrisk ström som passerar genom ingångsspolen med en tidsvarierande överton av svängningarna inducerar ett föränderligt magnetfält inuti den magnetiska kretsen.

• Det förändrade magnetiska flödet som penetrerar varven på den andra spolen inducerar en EMF i dem.

Driftsätt

Under drift och testning kan krafttransformatorn vara i drift- eller nödläge.

Driftsätt skapat genom att ansluta en spänningskälla till primärlindningen och belastningen till sekundärlindningen. I detta fall bör värdet på strömmen i lindningarna inte överstiga de beräknade tillåtna värdena. I detta läge måste krafttransformatorn försörja alla konsumenter som är anslutna till den under lång tid och pålitligt.

En variant av driftläget är tomgångs- och kortslutningstester för att kontrollera de elektriska egenskaperna.

Ingen belastning skapas genom att öppna sekundärkretsen för att stänga av strömflödet i den. Det används för att bestämma:

• Effektivitet;

• transformationsfaktor;

• förluster i stålet på grund av kärnmagnetisering.

Ett kortslutningsförsök skapas genom att kortsluta sekundärlindningens terminaler, men med en underskattad spänning vid transformatorns ingång till ett värde som kan skapa en sekundär märkström utan att överskrida det.Denna metod används för att bestämma kopparförluster.

Till nödlägen inkluderar en transformator eventuella överträdelser av dess funktion, vilket leder till en avvikelse av driftsparametrarna utanför gränserna för deras tillåtna värden. En kortslutning inuti lindningarna anses vara särskilt farlig.

Nödlägen leder till bränder av elektrisk utrustning och utveckling av oåterkalleliga konsekvenser. De kan orsaka enorma skador på kraftsystemet.

Därför, för att förhindra sådana situationer, är alla krafttransformatorer utrustade med automatiska, skydds- och signaleringsanordningar, som är utformade för att upprätthålla normal drift av den primära slingan och snabbt koppla bort den från alla sidor i händelse av ett fel.