Strømtransformatorer — enhed og funktionsprincip

Ved transport af elektricitet over lange afstande bruges transformationsprincippet til at reducere tab. Til dette formål føres den elektricitet, der genereres af generatorerne, til transformatorstationen. Det øger amplituden af ​​spændingen, der kommer ind i strømledningen.

Den anden ende af transmissionsledningen er forbundet med indgangen på den fjerntliggende understation. På den reduceres spændingen for at fordele elektriciteten mellem forbrugerne.

I begge transformerstationer er specielle strømforsyningsenheder involveret i transformationen af ​​højeffektelektricitet:

1. transformatorer;

2. autotransformere.

De har mange fælles træk og egenskaber, men adskiller sig i visse driftsprincipper. Denne artikel beskriver kun de første designs, hvor overførslen af ​​elektricitet mellem individuelle spoler skyldes elektromagnetisk induktion. I dette tilfælde bevarer strøm- og spændingsharmoniske variationer i amplitude oscillationsfrekvensen.

Transformatorer bruges til at konvertere lavspændingsvekselstrøm til en højere spænding (step-up transformere) eller en højere spænding til en lavere spænding (step-down transformere). De mest udbredte er krafttransformatorerne til generel anvendelse til transmissionsledninger og distributionsnet. Strømtransformatorer er i de fleste tilfælde bygget som trefasede strømtransformere.

Enhedens egenskaber

Strømtransformatorer i elektricitet er installeret på forberedte stationære steder med stærke fundamenter. Bælter og ruller kan installeres til at placeres på jorden.

Et generelt billede af en af ​​de mange typer krafttransformatorer, der arbejder med 110/10 kV spændingssystemer og med en samlet effekt på 10 MVA er vist på billedet nedenfor.

Nogle individuelle elementer af dens konstruktion er forsynet med signaturer. Mere detaljeret er arrangementet af hoveddelene og deres indbyrdes arrangement vist på tegningen.

Transformatorens elektriske udstyr er anbragt i et metalhus lavet i form af en forseglet tank med låg. Den er fyldt med en speciel klasse af transformerolie, som har høje dielektriske egenskaber og samtidig bruges til at fjerne varme fra dele, der udsættes for høje strømbelastninger.

En kerne 9 er installeret inde i tanken, hvorpå viklingerne med lavspændingsviklinger 11 og højspænding 10 er placeret. Transformatorens frontvæg er 8. Højspændingsviklingens terminaler er forbundet med indgangene, der passerer gennem porcelænsisolatorer 2.

Vindingerne til lavspændingsviklingen er også forbundet med ledningerne, der passerer gennem isolatorerne 3.Dækslet er fastgjort til overkanten af ​​tanken og en gummipakning er placeret mellem dem for at forhindre olie i at lække ind i samlingen mellem tanken og dækslet. To rækker af huller er boret i tankens væg, tyndvæggede rør 7 er svejset ind i dem, gennem hvilke olie strømmer.

På dækslet er der en knap 1. Ved at dreje på den kan du skifte højspændingsspolens drejninger for at justere spændingen under belastning. Klemmer er svejset til dækslet, hvorpå en tank 5, kaldet en ekspander, er monteret.

Den har en indikator 4 med et glasrør til overvågning af olieniveauet og en prop med et filter 6 til kommunikation med den omgivende luft.Transformatoren bevæger sig på ruller 12, hvis akser passerer gennem bjælkerne svejset til bunden af ​​tanken .

Når der løber store strømme, udsættes transformatorviklingerne for kræfter, der har tendens til at deformere dem. For at øge styrken af ​​viklingerne er de viklet på isolerende cylindre. Hvis en firkantet strimmel er placeret i en cirkel, så er arealet af cirklen ikke fuldt ud brugt. Derfor er transformerstængerne lavet med et trinvist tværsnit ved at samle af plader af forskellig bredde.

Hydraulisk diagram af transformeren

Billedet viser en forenklet sammensætning og interaktion mellem dets hovedelementer.

Specielle ventiler og en skrue bruges til at påfylde / dræne olie, og afspærringsventilen placeret i bunden af ​​tanken er designet til at tage olieprøver og derefter udføre dens kemiske analyse.

Principper for køling

Strømtransformatoren har to oliecirkulationskredsløb:

1. ekstern;

2. indre.

Det første kredsløb er repræsenteret af en radiator bestående af øvre og nedre samlere forbundet med et system af metalrør. Opvarmet olie passerer gennem dem, som, der er i kølemiddelledningerne, afkøles og vender tilbage til tanken.

Oliecirkulation i tanken kan udføres:

• på en naturlig måde;

• tvunget på grund af skabelsen af ​​tryk i systemet af pumper.

Ofte øges tankens overflade ved at skabe korrugeringer - specielle metalplader, der forbedrer varmeoverførslen mellem olien og den omgivende atmosfære.

Optagelsen af ​​varme fra radiatoren til atmosfæren kan udføres ved at blæse systemet med ventilatorer eller uden dem på grund af fri luftkonvektion. Tvungen luftstrøm øger effektivt varmefjernelsen fra udstyret, men øger energiforbruget til at betjene systemet. De kan reducere belastningskarakteristik for transformeren op til 25 %.

Den termiske energi, der frigives af moderne højeffekttransformatorer, når enorme værdier. Dens størrelse kan tilskrives det faktum, at de nu på sin bekostning begyndte at implementere projekter til opvarmning af industribygninger placeret ved siden af ​​konstant fungerende transformatorer. De opretholder udstyrets optimale driftsforhold, selv om vinteren.

Olieniveaukontrol i transformeren

Den pålidelige drift af transformeren afhænger i høj grad af kvaliteten af ​​den olie, som dens tank er fyldt med. I drift skelnes der mellem to typer isoleringsolie: ren tør olie, som hældes i tanken, og arbejdsolie, som er i tanken under drift af transformeren.

Transformatoroliens specifikation bestemmer dens viskositet, surhed, stabilitet, aske, indhold af mekaniske urenheder, flammepunkt, flydepunkt, gennemsigtighed.

Eventuelle unormale driftsforhold for transformeren påvirker umiddelbart oliekvaliteten, derfor er dens kontrol meget vigtig i driften af ​​transformere. Olien, der kommunikerer med luft, fugtes og oxideres. Fugt kan fjernes fra olien ved at rense med en centrifuge eller filterpresse.

Surhed og andre krænkelser af tekniske egenskaber kan kun fjernes ved at regenerere olien i specielle enheder.

Interne transformatorfejl som viklingsfejl, isolationsfejl, lokal opvarmning eller "brand i jernet" etc. fører til ændringer i oliekvaliteten.

Olien cirkuleres kontinuerligt i tanken. Dens temperatur afhænger af et helt kompleks af påvirkningsfaktorer. Derfor ændres volumen hele tiden, men holdes inden for visse grænser. En ekspansionsbeholder bruges til at kompensere for volumenafvigelser i olien. Det er praktisk at overvåge det aktuelle niveau i den.

Til dette bruges en olieindikator. De enkleste enheder er lavet i overensstemmelse med skemaet for kommunikationsbeholdere med en gennemsigtig væg, forudinddelt i volumenenheder.

Tilslutning af en sådan trykmåler parallelt med ekspansionsbeholderen er tilstrækkelig til at overvåge driften. I praksis er der andre olieindikatorer, der adskiller sig fra dette handlingsprincip.

Beskyttelse mod fugtindtrængning

Da den øverste del af ekspansionstanken er i kontakt med atmosfæren, er der installeret en lufttørrer i den, som forhindrer fugt i at trænge ind i olien og reducerer dens dielektriske egenskaber.

Indvendig skadesbeskyttelse

Det er et vigtigt element i oliesystemet gas relæ… Den er installeret inde i rørene, der forbinder transformatorens hovedbeholder til ekspansionsbeholderen. Derfor passerer alle gasser, der frigives, når de opvarmes af olien og den organiske isolering, gennem beholderen med det følsomme element i gasrelæet.

Denne sensor er indstillet fra drift til en meget lille, tilladt gasdannelse, men udløses, når den øges i to trin:

1. at udsende et lys/lyd-advarselssignal til servicepersonalet for forekomsten af ​​en funktionsfejl, når den indstillede værdi for den første værdi er nået;

2. at slukke for strømafbryderne på alle sider af transformeren for at frigive spændingen i tilfælde af voldsom gasning, hvilket indikerer begyndelsen på kraftige processer med nedbrydning af olie og organisk isolering, som starter med kortslutninger inde i tanken.

En yderligere funktion af gasrelæet er at overvåge olieniveauet i transformatortanken. Når den falder til en kritisk værdi, kan gasbeskyttelsen fungere afhængigt af indstillingen:

• kun signal;

• at slukke med et signal.

Beskyttelse mod nødtryksopbygning inde i tanken

Afløbsrøret er monteret på transformatorens dæksel på en sådan måde, at dets nedre ende kommunikerer med tankens kapacitet, og olien strømmer inde til niveauet i ekspanderen. Den øverste del af røret hæver sig over ekspanderen og trækker sig tilbage til siden, let bøjet ned.Dens ende er hermetisk forseglet af en glassikkerhedsmembran, som knækker i tilfælde af en nødstigning i tryk på grund af forekomsten af ​​udefineret opvarmning.

Et andet design af en sådan beskyttelse er baseret på installation af ventilelementer, der åbner, når trykket stiger, og lukker, når de frigives.

En anden type er sifonbeskyttelse. Det er baseret på den hurtige kompression af vingerne med en kraftig stigning i gassen. Som et resultat bliver låsen, der holder pilen, som i sin normale position er under påvirkning af en komprimeret fjeder, slået ned. Den frigivne pil bryder glasmembranen og aflaster dermed trykket.

Strømtransformator tilslutningsdiagram

Inde i tankhuset er placeret:

• skelet med øvre og nedre bjælke;

• magnetiske kredsløb;

• høj- og lavspændingsspoler;

• justering af snoede grene;

• lav- og højspændingsudtag

• bunden af ​​høj- og lavspændingsbøsningerne.

Rammen tjener sammen med bjælkerne til mekanisk at fastgøre alle komponenterne.

Indretning

Det magnetiske kredsløb tjener til at reducere tabene af den magnetiske flux, der passerer gennem spolerne. Det er lavet af kvaliteter af elektrisk stål ved hjælp af den laminerede metode.

Belastningsstrømmen løber gennem transformatorens faseviklinger. Metaller er valgt som materialer til deres produktion: kobber eller aluminium med en rund eller rektangulær sektion. Specielle mærker af kabelpapir eller bomuldsgarn bruges til at isolere vindingerne.

I koncentriske viklinger, der anvendes i krafttransformatorer, er en lavspændingsvikling (LV) normalt placeret på kernen, som er omgivet af en højspændingsvikling (HV) på ydersiden.Dette arrangement af viklingerne gør det for det første muligt at flytte højspændingsviklingen fra kernen, og for det andet letter det adgang til højspændingsviklingerne under reparationer.

For bedre afkøling af spolerne efterlades kanaler dannet af isolerende afstandsstykker og pakninger mellem spolerne mellem dem. Olien cirkulerer gennem disse kanaler, som ved opvarmning stiger og derefter ned gennem tankens rør, hvori de afkøles.

Koncentriske spoler er viklet i form af cylindre placeret den ene inde i den anden. Til højspændingssiden skabes en kontinuerlig eller flerlags vikling, og til lavspændingssiden en spiral og cylindrisk vikling.

LV-viklingen er placeret tættere på stangen: dette gør det lettere at lave et lag til dens isolering. Derefter monteres en speciel cylinder på den, der giver isolation mellem høj- og lavspændingssiderne, og HV-viklingen er monteret på den.

Den beskrevne installationsmetode er vist i venstre side af billedet nedenfor, med det koncentriske arrangement af transformatorstangens viklinger.

Højre side af billedet viser, hvordan alternative viklinger er placeret, adskilt af et isolerende lag.

For at øge den elektriske og mekaniske styrke af viklingernes isolering er deres overflade imprægneret med en speciel type glyftalak.

For at forbinde viklingerne på den ene side af spændingen bruges følgende kredsløb:

• stjerner;

• trekant;

• zig-zag.

I dette tilfælde er enderne af hver spole markeret med bogstaver i det latinske alfabet, som vist i tabellen.

Transformatortype Vindingsside Lavspænding Mellemspænding Højspænding Startende neutral Startende neutral Startende neutral Enfaset a x — Ved Ht — A x — To viklinger tre faser a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y med G ° C Z Tre viklinger tre faser a x Ved Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z

Vindingernes terminaler er forbundet med de tilsvarende nedledere, som er monteret på bøsningens isolatorbolte placeret på transformatortankens dæksel.

For at realisere muligheden for at justere værdien af ​​udgangsspændingen laves forgreninger på viklingerne. En af varianterne af styregrenene er vist i diagrammet.

Spændingsreguleringssystemet er designet med mulighed for at ændre den nominelle værdi inden for ± 5 %. For at gøre dette skal du udføre fem trin på hver 2,5 %.

For krafttransformatorer med høj effekt skabes regulering normalt på en højspændingsvikling. Dette forenkler udformningen af ​​tapkontakten og gør det muligt at forbedre nøjagtigheden af ​​udgangsegenskaberne ved at give flere drejninger på den side.

I flerlags cylindriske spoler er reguleringsgrenene lavet på ydersiden af ​​laget for enden af ​​spolen og er placeret symmetrisk i samme højde i forhold til åget.

Til individuelle projekter af transformere laves grene i midterdelen. Ved brug af et omvendt kredsløb udføres den ene halvdel af viklingen med højre spole og den anden med venstre spole.

En trefasekontakt bruges til at skifte vandhanerne.

Den har et system af faste kontakter, som er forbundet til spolernes grene, og bevægelige, som skifter kredsløbet, hvilket skaber forskellige elektriske kredsløb med faste kontakter.

Hvis grenene laves i nærheden af ​​nulpunktet, så styrer en switch driften af ​​alle tre faser på én gang. Dette kan gøres, fordi spændingen mellem de enkelte dele af afbryderen ikke overstiger 10 % af den lineære værdi.

Når der laves udtag i den midterste del af viklingen, så bruges dens egen, individuelle kontakt til hver fase.

Metoder til justering af udgangsspændingen

Der er to typer kontakter, der giver dig mulighed for at ændre antallet af omdrejninger på hver spole:

1. med belastningsreduktion;

2. under belastning.

Den første metode tager længere tid at gennemføre og er ikke populær.

Belastningsskift muliggør lettere styring af elektriske netværk ved at levere uafbrudt strøm til tilsluttede forbrugere. Men for at gøre det skal du have et komplekst design af kontakten, som er udstyret med yderligere funktioner:

• udføre overgange mellem grene uden afbrydelse af belastningsstrømme ved at forbinde to tilstødende kontakter under omskiftning;

• begrænsning af kortslutningsstrømmen inde i viklingen mellem de tilsluttede vandhaner under deres samtidige tænding.

Den tekniske løsning på disse problemer er skabelsen af ​​koblingsenheder, der betjenes af fjernbetjening, ved hjælp af strømbegrænsende reaktorer og modstande.

På billedet vist i begyndelsen af ​​artiklen bruger strømtransformatoren automatisk justering af udgangsspændingen under belastning ved at skabe et AVR-design, der kombinerer et relækredsløb til at styre en elektrisk motor med en aktuator og kontaktorer.

Princip og virkemåder

Driften af ​​en krafttransformator er baseret på de samme love som i en konventionel:

• En elektrisk strøm, der passerer gennem indgangsspolen med en tidsvarierende harmonisk af svingningerne, inducerer et skiftende magnetfelt inde i det magnetiske kredsløb.

• Den skiftende magnetiske flux, der trænger ind i vindingerne på den anden spole, inducerer en EMF i dem.

Driftsformer

Under drift og test kan krafttransformatoren være i drifts- eller nødtilstand.

Driftsmåde skabt ved at forbinde en spændingskilde til den primære vikling og belastningen til den sekundære. I dette tilfælde bør værdien af ​​strømmen i viklingerne ikke overstige de beregnede tilladte værdier. I denne tilstand skal strømtransformatoren forsyne alle forbrugere, der er tilsluttet den, i lang tid og pålideligt.

En variant af driftstilstanden er tomgangs- og kortslutningstest for at kontrollere de elektriske egenskaber.

Ingen belastning skabt ved at åbne det sekundære kredsløb for at afbryde strømmen i det. Det bruges til at bestemme:

• Effektivitet;

• transformationsfaktor;

• tab i stålet på grund af kernemagnetisering.

Et kortslutningsforsøg skabes ved at kortslutte terminalerne på sekundærviklingen, men med en undervurderet spænding ved transformatorens indgang til en værdi, der er i stand til at skabe en sekundær mærkestrøm uden at overskride den.Denne metode bruges til at bestemme kobbertab.

Til nødtilstande inkluderer en transformator enhver overtrædelse af dens drift, hvilket fører til en afvigelse af driftsparametrene uden for grænserne for deres tilladte værdier. En kortslutning inde i viklingerne anses for at være særlig farlig.

Nødtilstande fører til brande af elektrisk udstyr og udvikling af irreversible konsekvenser. De er i stand til at forårsage massiv skade på elsystemet.

For at forhindre sådanne situationer er alle krafttransformatorer derfor udstyret med automatiske, beskyttelses- og signaleringsanordninger, som er designet til at opretholde den normale drift af den primære sløjfe og hurtigt afbryde den fra alle sider i tilfælde af en funktionsfejl.