Енергетски трансформатори — уређај и принцип рада

Приликом транспорта електричне енергије на велике удаљености користи се принцип трансформације за смањење губитака. У ту сврху, електрична енергија коју генеришу генератори се доводи у трансформаторску подстаницу. Повећава амплитуду напона који улази у далековод.

Други крај далековода је повезан са улазом удаљене трафостанице. На њему се смањује напон како би се електрична енергија дистрибуирала између потрошача.

У обе трафостанице, специјални уређаји за напајање укључени су у трансформацију електричне енергије велике снаге:

1. трансформатори;

2. аутотрансформатори.

Имају много заједничких карактеристика и карактеристика, али се разликују по одређеним принципима рада. Овај чланак описује само прве дизајне где је пренос електричне енергије између појединачних калемова последица електромагнетне индукције. У овом случају хармоници струје и напона који варирају у амплитуди чувају фреквенцију осциловања.

Трансформатори се користе за претварање наизменичне струје ниског напона у виши напон (постепени трансформатори) или вишег напона у нижи напон (спојни трансформатори). Најраспрострањенији су енергетски трансформатори опште примене за далеководе и дистрибутивне мреже. Енергетски трансформатори се у већини случајева граде као трофазни струјни трансформатори.

Карактеристике уређаја

Енергетски трансформатори у електричну енергију постављају се на унапред припремљеним стационарним локацијама са јаким темељима. Гусенице и ваљци се могу поставити за постављање на земљу.

Општи приказ једног од многих типова енергетских трансформатора који раде са системима напона 110/10 кВ и укупне снаге 10 МВА приказан је на слици испод.

Неки појединачни елементи његове конструкције су опремљени потписима. Детаљније распоред главних делова и њихов међусобни распоред приказан је на цртежу.

Електрична опрема трансформатора смештена је у метално кућиште направљено у облику затвореног резервоара са поклопцем. Напуњен је посебном класом трансформаторског уља, које има висока диелектрична својства и истовремено се користи за одвођење топлоте са делова који су подвргнути великим струјним оптерећењима.

Унутар резервоара је уграђено језгро 9 на које су постављени намотаји са нисконапонским намотајима 11 и високим напоном 10. Предњи зид трансформатора је 8. Прикључци високонапонског намотаја повезани су са улазима који пролазе кроз порцеланске изолаторе. 2.

Намотаји за нисконапонски намотај су такође повезани са жицама које пролазе кроз изолаторе 3.Поклопац је причвршћен за горњу ивицу резервоара и између њих је постављена гумена заптивка како би се спречило цурење уља у спој између резервоара и поклопца. У зиду резервоара избушени су два реда рупа, у њих су заварене танкозидне цеви 7 кроз које тече уље.

На поклопцу се налази дугме 1. Окретањем можете мењати завоје високонапонског намотаја да бисте подесили напон под оптерећењем. Стеге су заварене на поклопац, на који је монтиран резервоар 5, назван експандер.

Има индикатор 4 са стакленом цеви за праћење нивоа уља и утикач са филтером 6 за комуникацију са околним ваздухом.Трансформатор се креће на ваљцима 12 чије осе пролазе кроз греде заварене на дно резервоара. .

Када протичу велике струје, намотаји трансформатора су изложени силама које имају тенденцију да их деформишу. Да би се повећала чврстоћа намотаја, они су намотани на изолационе цилиндре. Ако је квадратна трака постављена у круг, тада се површина круга не користи у потпуности. Због тога се трансформаторске шипке израђују степенастог попречног пресека склапањем од листова различитих ширина.

Хидраулички дијаграм трансформатора

Слика приказује поједностављену композицију и интеракцију његових главних елемената.

За пуњење/испуштање уља користе се специјални вентили и завртањ, а запорни вентил који се налази на дну резервоара је дизајниран да узима узорке уља и затим изврши његову хемијску анализу.

Принципи хлађења

Енергетски трансформатор има два круга за циркулацију уља:

1. спољашњи;

2. унутрашње.

Први круг је представљен радијатором који се састоји од горњег и доњег колектора повезаних системом металних цеви. Кроз њих пролази загрејано уље, које се, налазећи се у водовима расхладног средства, хлади и враћа у резервоар.

Циркулација уља у резервоару може се обавити:

• на природан начин;

• принуђен услед стварања притиска у систему пумпама.

Често се површина резервоара повећава стварањем набора — специјалних металних плоча које побољшавају пренос топлоте између уља и околне атмосфере.

Унос топлоте из радијатора у атмосферу може се вршити издувавањем система вентилаторима или без њих због слободне конвекције ваздуха. Присилни проток ваздуха ефикасно повећава одвођење топлоте из опреме, али повећава потрошњу енергије за рад система. Они могу смањити карактеристика оптерећења трансформатора до 25%.

Топлотна енергија коју ослобађају савремени трансформатори велике снаге достиже огромне вредности. Његова величина се може приписати чињеници да су сада, о свом трошку, почели да реализују пројекте за грејање индустријских зграда које се налазе поред трансформатора који стално раде. Одржавају оптималне услове рада опреме, чак и зими.

Контрола нивоа уља у трансформатору

Поуздан рад трансформатора у великој мери зависи од квалитета уља којим је напуњен његов резервоар. У раду се разликују две врсте изолационог уља: чисто суво уље које се сипа у резервоар и радно уље које се налази у резервоару током рада трансформатора.

Спецификација трансформаторског уља одређује његову вискозност, киселост, стабилност, пепео, садржај механичких нечистоћа, тачку паљења, тачку течења, провидност.

Сваки абнормални радни услови трансформатора одмах утичу на квалитет уља, па је његова контрола веома важна у раду трансформатора. У комуникацији са ваздухом, уље се навлажи и оксидира. Влага се може уклонити из уља чишћењем центрифугом или филтер пресом.

Киселост и друга кршења техничких својстава могу се уклонити само регенерацијом уља у посебним уређајима.

Унутрашњи кварови трансформатора као што су дефекти намотаја, квар изолације, локално грејање или „ватра у гвожђу“ итд. доводе до промена у квалитету уља.

Уље непрекидно циркулише у резервоару. Његова температура зависи од читавог комплекса утицајних фактора. Због тога се његов волумен стално мења, али се одржава у одређеним границама. За компензацију одступања запремине уља користи се експанзиони резервоар. Погодно је пратити тренутни ниво у њему.

За ово се користи индикатор уља. Најједноставнији уређаји су направљени према шеми комуникационих посуда са провидним зидом, унапред класификованим у јединицама запремине.

Повезивање таквог мерача притиска паралелно са експанзионим резервоаром је довољно за праћење рада. У пракси постоје и други индикатори уља који се разликују од овог принципа деловања.

Заштита од продирања влаге

Пошто је горњи део експанзионог резервоара у контакту са атмосфером, у њега је уграђен сушач ваздуха који спречава продирање влаге у уље и смањује његове диелектричне особине.

Заштита од унутрашњег оштећења

То је важан елемент уљног система гасни релеј… Инсталира се унутар цевовода који повезује главни резервоар трансформатора са експанзионом посудом. Дакле, сви гасови који се ослобађају када се загревају уљем и органском изолацијом пролазе кроз посуду са осетљивим елементом гасног релеја.

Овај сензор је подешен да ради за веома малу, дозвољену формацију гаса, али се активира када се повећа у две фазе:

1. издати светлосни/звучни сигнал упозорења сервисеру за настанак квара када се достигне задата вредност прве вредности;

2. искључити струјне прекидаче на свим странама трансформатора за ослобађање напона у случају насилног гасирања, што указује на почетак снажних процеса разлагања уља и органске изолације, који почињу кратким спојевима унутар резервоара.

Додатна функција гасног релеја је праћење нивоа уља у резервоару трансформатора. Када падне на критичну вредност, гасна заштита може да ради у зависности од подешавања:

• само сигнал;

• да се искључи сигналом.

Заштита од хитног повећања притиска унутар резервоара

Одводна цев је постављена на поклопац трансформатора тако да њен доњи крај комуницира са капацитетом резервоара, а уље тече унутра до нивоа у експандеру. Горњи део цеви се издиже изнад експандера и повлачи се у страну, благо савијен.Његов крај је херметички затворен стакленом сигурносном мембраном, која пуца у случају хитног повећања притиска услед појаве недефинисаног загревања.

Други дизајн такве заштите заснива се на уградњи вентилских елемената који се отварају када се притисак повећава и затварају када се ослободе.

Друга врста је заштита сифона. Заснован је на брзој компресији крила са оштрим порастом гаса. Као резултат, брава која држи стрелицу, која је у свом нормалном положају под утицајем компримоване опруге, је оборена. Отпуштена стрелица ломи стаклену мембрану и на тај начин смањује притисак.

Шема повезивања енергетског трансформатора

Унутар кућишта резервоара налазе се:

• скелет са горњим и доњим снопом;

• магнетно коло;

• калем високог и ниског напона;

• подешавање грана за намотавање;

• ниско и високонапонске славине

• дно високонапонских и нисконапонских чаура.

Оквир, заједно са гредама, служи за механичко причвршћивање свих компоненти.

Дизајн ентеријера

Магнетно коло служи за смањење губитака магнетног флукса који пролази кроз калемове. Израђује се од електро челика ламинираном методом.

Струја оптерећења тече кроз фазне намотаје трансформатора. Као материјали за њихову производњу бирају се метали: бакар или алуминијум са округлим или правоугаоним пресеком. За изолацију окрета користе се посебне марке кабловског папира или памучног предива.

У концентричним намотајима који се користе у енергетским трансформаторима, нисконапонски (НН) намотај се обично поставља на језгро, које је споља окружено високонапонским (ХВ) намотајем.Овакав распоред намотаја, прво, омогућава померање високонапонског намотаја из језгра, а друго, олакшава приступ високонапонским намотајима током поправке.

За боље хлађење калемова, између њих су остављени канали формирани изолационим одстојницима и заптивкама између намотаја. Уље циркулише кроз ове канале, који се, када се загреју, подижу, а затим спуштају кроз цеви резервоара, у којима се хладе.

Концентрични намотаји су намотани у облику цилиндара који се налазе један у другом. За високонапонску страну ствара се континуирани или вишеслојни намотај, а за нисконапонску страну спирални и цилиндрични намотај.

НН намотај је постављен ближе шипки: то олакшава израду слоја за његову изолацију. Затим се на њега монтира посебан цилиндар који обезбеђује изолацију између стране високог и ниског напона, а на њега се монтира ВН намотај.

Описани начин уградње приказан је на левој страни доње слике, са концентричним распоредом намотаја шипке трансформатора.

Десна страна слике показује како су постављени алтернативни намотаји, одвојени изолационим слојем.

Да би се повећала електрична и механичка чврстоћа изолације намотаја, њихова површина је импрегнирана посебном врстом глифталног лака.

За повезивање намотаја на једној страни напона користе се следећа кола:

• Звездице;

• троугао;

• цик-цак.

У овом случају, крајеви сваке завојнице су означени словима латинице, као што је приказано у табели.

Тип трансформатора Страна намотаја Ниски напон Средњи напон Висок напон Почетак крај неутрални почетак крај неутрални почетак крај неутрални Једнофазни а к — Ат Хт — А к — Два намотаја три фазе а НС 0 — — — А к 0 б И Б И са Г ° Ц З Три намотаја три фазе а к Ат Хт А к б И 0 ИТ 0 Б И 0 ° С З Хт ° С З

Прикључци намотаја су повезани са одговарајућим доњим проводницима који су монтирани на изолаторске вијке чаура који се налазе на поклопцу резервоара трансформатора.

Да би се реализовала могућност подешавања вредности излазног напона, на намотајима се израђују гране. Једна од варијанти контролних грана је приказана на дијаграму.

Систем регулације напона је пројектован са могућношћу промене називне вредности у границама ± 5%. Да бисте то урадили, урадите пет корака од по 2,5%.

Код енергетских трансформатора велике снаге, регулација се обично ствара на високонапонском намотају. Ово поједностављује дизајн прекидача славине и омогућава да се побољша тачност излазних карактеристика обезбеђивањем више окрета на тој страни.

У вишеслојним цилиндричним калемовима, регулационе гране су изведене на спољашњој страни слоја на крају завојнице и налазе се симетрично на истој висини у односу на јарам.

За појединачне пројекте трансформатора, огранци се израђују у средњем делу. Када се користи обрнуто коло, једна половина намотаја се ради са десним намотајем, а друга са левим намотајем.

За пребацивање славина користи се трофазни прекидач.

Има систем фиксних контаката, који су повезани са огранцима калемова, и покретних, који преспајају коло, стварајући различита електрична кола са фиксним контактима.

Ако су гране направљене близу нулте тачке, онда један прекидач контролише рад све три фазе одједном. Ово се може учинити јер напон између појединих делова прекидача не прелази 10% линеарне вредности.

Када се славине направе у средњем делу намотаја, онда се за сваку фазу користи сопствени, појединачни прекидач.

Методе подешавања излазног напона

Постоје две врсте прекидача који вам омогућавају да промените број обртаја на свакој завојници:

1. са смањењем оптерећења;

2. под оптерећењем.

Први метод траје дуже и није популаран.

Преклапање оптерећења омогућава лакше управљање електричним мрежама обезбеђивањем непрекидног напајања прикључених потрошача. Али да бисте то урадили, морате имати сложен дизајн прекидача, који је опремљен додатним функцијама:

• обављање прелаза између грана без прекида струја оптерећења повезивањем два суседна контакта током пребацивања;

• ограничавање струје кратког споја унутар намотаја између спојених славина при њиховом истовременом укључивању.

Техничко решење ових проблема је стварање склопних уређаја којима се управља даљинским управљањем, користећи пригушнице и отпорнике који ограничавају струју.

На фотографији приказаној на почетку чланка, енергетски трансформатор користи аутоматско подешавање излазног напона под оптерећењем креирањем АВР дизајна који комбинује релејно коло за управљање електромотором са актуатором и контакторима.

Принцип и начини рада

Рад енергетског трансформатора заснива се на истим законима као иу конвенционалном:

• Електрична струја која пролази кроз улазни калем са временски променљивим хармоником осцилација индукује променљиво магнетно поље унутар магнетног кола.

• Променљиви магнетни флукс који продире у завоје другог намотаја индукује ЕМФ у њима.

Начини рада

Током рада и испитивања, енергетски трансформатор може бити у радном или хитном режиму.

Начин рада креиран повезивањем извора напона на примарни намотај и оптерећења на секундарни. У овом случају, вредност струје у намотајима не би требало да прелази израчунате дозвољене вредности. У овом режиму, енергетски трансформатор мора дуго и поуздано снабдевати све потрошаче који су на њега прикључени.

Варијанта режима рада је тестирање без оптерећења и кратког споја за проверу електричних карактеристика.

Празан ход настао отварањем секундарног кола да би се искључио проток струје у њему. Користи се за одређивање:

• Ефикасност;

• фактор трансформације;

• губици у челику услед магнетизације језгра.

Покушај кратког споја се ствара кратким спојем терминала секундарног намотаја, али са потцењеним напоном на улазу трансформатора до вредности способне да створи секундарну називну струју без прекорачења.Ова метода се користи за одређивање губитака бакра.

У хитне режиме, трансформатор укључује свако кршење његовог рада, што доводи до одступања радних параметара изван граница њихових дозвољених вредности. Кратки спој унутар намотаја сматра се посебно опасним.

Режими за ванредне ситуације доводе до пожара електричне опреме и развоја неповратних последица. Они су у стању да изазову огромну штету електроенергетском систему.

Стога, да би се спречиле овакве ситуације, сви енергетски трансформатори су опремљени аутоматским, заштитним и сигналним уређајима, који су дизајнирани да одржавају нормалан рад примарне петље и брзо је искључују са свих страна у случају квара.