Princip činnosti transformátoru

Výkonové transformátory mají široké praktické využití. Tato elektromagnetická zařízení se používají, když je potřeba zvýšit napětí na straně zátěže.

Jak fungují výkonové transformátory

Provoz výkonového transformátoru nastává v důsledku elektromagnetické indukce. Při přivedení proudu na primární vinutí se mezi vinutími vytvoří adheze, která způsobí elektromotorickou sílu. To přispívá ke vzniku střídavého magnetického toku v magnetickém obvodu.

V tomto případě je pro získání napětí na sekundárním vinutí důležitý poměr závitů mezi vinutími výkonového transformátoru. Tento poměr je určen tím, jakou úlohu musí transformátor vyřešit: zvýšit nebo snížit napětí.

Jak fungují výkonové transformátory

Klíčovou součástí každého zařízení je magnetický obvod (jádro) se dvěma nebo více vinutími. Je vyroben z oceli s vysokou magnetickou permeabilitou. Má schopnost rychle magnetizovat i ve slabých magnetických polích a rychle se demagnetizovat v nepřítomnosti magnetického pole. Jádro je vyrobeno z tenkých plechů, takže tyče jsou vepsány do kruhu.

Vinutí výkonového transformátoru je vyrobeno z mědi nebo hliníku. Každý závit ve vinutí je izolován od magnetického jádra a ostatních závitů vinutí. Mezi hlavními prvky tzv. aktivní části transformátorů, tedy vinutími, magnetickým jádrem a dalšími konstrukčními prvky, je speciálně ponechán prostor, aby chladivo (olej) mohlo cirkulovat a tím odvádět teplo z vinutí a magnetického jádra. Elektrický proud je přiváděn do primárního vinutí a po jeho transformaci v transformátoru je ze sekundárního vinutí odváděn sekundární proud, který se od primárního liší transformačním koeficientem, který závisí na poměru počtu závitů v primárním vinutí. a sekundární vinutí (obr. 1).

Rýže. 1. Návrh výkonového transformátoru: 1 – primární vinutí s počtem závitů w₁; 2 – sekundární vinutí s počtem závitů w₂; 3 – magnetické jádro; 4, 5 – třmen magnetického obvodu

Základní konstrukční prvky výkonových transformátorů

1. Pro elektrické připojení vinutí vysokého (VN), středního (VN) nebo nízkého (NN) napětí k odpovídajícím zařízením elektrické sítě (generátory, motory, elektrické vedení atd.) slouží průchodky různých typů a provedení. instalované na transformátorech. Například průchodky na straně VN mají vysoké jmenovité napětí, zatímco průchodky na straně NN jsou určeny pro vysoké jmenovité proudy, což přímo ovlivňuje jejich konstrukci a velikost.

2. Pro regulaci napětí a podle toho i proudu na primárním a sekundárním vinutí transformátoru změnou transformačního poměru v důsledku elektrického zapojení různého počtu závitů vinutí se používají dva typy spínačů. Jeden z nich provede výhybku, tzn. regulace, pod zátěží (OLTC), a druhý dělá spínání bez zátěže a bez napětí (ONV), což znamená spínání bez buzení. Oba typy spínačů se obvykle instalují do vysokonapěťových vinutí, protože mají nižší hodnoty jmenovitého proudu, což je důležité zejména u přepínačů odboček pod zatížením kvůli nutnosti uhasit nižší energii generovanou při spínání, než kdyby byla na nízkonapěťová strana.

3. Olejový chladicí systém je instalován na vysoce výkonných olejových transformátorech. Chlazení oleje je:

• přírodní;
• přírodní s foukáním;
• nucený – se směrovým pohybem oleje;
• nucený s foukáním;
• nucený olej-voda.

Další přílohy

Další nástavce zlepšují činnost výkonových transformátorů (obr. 2). To zahrnuje:

1) ochrana, která vypíná transformátor nebo dává varovné signály – plynové relé. Princip činnosti plynového relé pro ochranu transformátoru je založen na monitorování tlaku plynu. Relé je zapuštěno v olejovém potrubí transformátoru mezi nádrží a konzervátorem. Při náhlém zvýšení teploty, ke kterému může dojít např. vlivem elektrického výboje uvnitř nádrže transformátoru, se olej začne rozkládat a uvnitř transformátoru se začne tvořit plyn. Zahřáté plyny mají tendenci vstupovat do expandéru zařízení a procházet tělem relé;

2) ochranný systém proti zvýšení tlaku chladicí kapaliny, který funguje automaticky;

3) indikátory teploty – měří teplotu oleje v zařízení naplněném olejem;

4) zařízení, které měří hladinu oleje;

5) systém filtrace a sušení oleje;

6) absorbéry vysoušedla pro kondenzát vytvořený pod krytem transformátoru zabraňují jeho vnikání do oleje.

Rýže. 2. Doplňkové funkce pro řízení, monitorování a diagnostiku transformátorů používaných při výrobě výkonových transformátorů společností SVEL Group

Typy a typy výkonových transformátorů

Jaké typy výkonových transformátorů existují? Výkonové transformátory lze rozdělit podle různých základů.

Podle počtu fází Existují jednofázové a třífázové transformátory. Třífázové se používají v rozvodnách a jsou běžnější.

Podle počtu závitů – dvouvinuté a třívinuté transformátory.

Podle úkolu nebo účelu Transformátory lze použít ke zvýšení nebo snížení napětí.

V místě instalace – instalované uvnitř a instalované venku (obr. 3).

Rýže. 3. Transformátor instalovaný v JE Kursk

Podle parametru převedeného elektrického napětí Existuje transformátor výkonového proudu a transformátor výkonového napětí.

Výkonové transformátory proudu převádějí proud bez změny jeho výkonu.

Transformátory napájecího napětí pomáhají získat požadované napětí ze zdroje střídavého proudu, jako je průmyslová síť.

Podle typu dielektrika Existují suché výkonové transformátory (s litou nebo vzduchovou izolací) a výkonové transformátory plněné olejem.

Suché výkonové transformátory s litou pryskyřicí (obr. 4) mají řadu výhod:

• kompaktní velikost;
• široký rozsah přípustných teplot (až –60 °C);
• zvýšená požární a ekologická bezpečnost;
• snížená hladina hluku;
• jednoduchost instalace;
• odolnost vinutí proti vlhkosti a znečištění.

Rýže. 4. Základní konstrukční prvky suchých transformátorů

Výkonový olejový transformátor má širokou škálu aplikací v průmyslu. Konstrukčně se jedná o pouzdro (nádrž) s jádrem a vinutími v něm ponořenými a naplněnými transformátorovým olejem.

• nízká hladina hluku;
• není potřeba předlisování vinutí a větší opravy po celou dobu životnosti;
• drobné dodatečné ztráty v kovových konstrukcích.

Skupina SVEL má závody na výrobu suchých transformátorů a transformátorů plněných olejem v Jekatěrinburgu. Všechny transformátory jsou vyráběny s plnou kontrolou v každé fázi výroby, montáže a testování a splňují požadované standardy kvality.

Nejběžnějšími elektrickými zařízeními v průmyslu a každodenním životě jsou transformátory. Jejich účelem je přenášet energii v nesrovnatelném elektrickém obvodu mezi jeho různými obvody. Používají se v případech, kdy je nutné snížit nebo zvýšit napětí mezi zdrojem energie a spotřebičem. Transformátory jsou také součástí napájecích obvodů, které převádějí střídavý proud na stejnosměrný proud. Činnost transformátorů je založena na jejich schopnosti přenášet elektřinu mezi obvody prostřednictvím magnetické indukce.

Výkonové transformátory jsou elektromagnetická zařízení určená k přeměně napětí střídavého proudu při zachování jeho frekvence a také k přeměně samotného napájecího systému.

Návrh a uspořádání výkonových transformátorů

Hlavní částí každého výkonového transformátoru je jeho jádro s několika vinutími, vyrobené z feromagnetického materiálu. Zpravidla se jedná o tenké plechy speciálního transformátorového železa s měkkými magnetickými vlastnostmi. Plechy jsou položeny tak, že tvar průřezu tyčí pod vinutím je blízký kruhu. Pro zvýšení účinnosti zařízení a snížení ztrát překrývají spoje mezi jednotlivými deskami celé plechy.

Vinutí transformátoru je obvykle vyrobeno z měděného drátu s obdélníkovým nebo kulatým průřezem. Každý závit je izolován od samotného magnetického jádra, stejně jako od sousedních závitů. Pro cirkulaci chladicí kapaliny jsou mezi vinutím a jeho jednotlivými vrstvami vytvořeny technické dutiny.

Každý transformátor má minimálně dvě vinutí: primární (do něj je přiváděn elektrický proud) a sekundární (proud se odebírá po přeměně jeho napětí).

Princip činnosti

Principem činnosti jakéhokoli výkonového transformátoru je fenomén elektromagnetické indukce. Do primárního vinutí je přiváděn střídavý proud, který tvoří střídavý magnetický tok v magnetickém obvodu. K tomu dochází v důsledku jeho zkratu na magnetickém obvodu a vytvoření adheze mezi vinutími, což vyvolává EMF. Zátěž připojená k sekundárnímu vinutí v něm vytváří napětí a proud.

Konstrukčně se pro získání jakéhokoli napětí na sekundárním vinutí používá požadovaný poměr závitů mezi vinutími. Výkonový transformátor má vlastnost reverzibility. Jinými slovy, lze jej použít ke zvýšení i snížení napětí. Ve většině případů se k řešení určitých problémů používá výkonový transformátor. Například konkrétně zvýšit nebo snížit napětí. U stupňovitého transformátoru je napětí na primárním vinutí nižší než na sekundárním.

Klasifikace výkonových transformátorů

V závislosti na napěťové třídě a celkové spotřebě energie jsou výkonové transformátory konvenčně rozděleny do následujících kategorií:

1. Do 100 kVA, do 35 kV;
2. 100 – 1000 kVA, do 35 kV;
3. 1000 – 6300 kVA, do 35 kV;
4. Více než 6300 kVA, až 35 kV;
5. Do 32 000 kVA, 35 – 110 kV;
6. 32 000 – 80 000 kVA, do 330 kV;
7. 80 000 – 200 000 kVA, do 330 kV;
8. Více než 200 000 kVA, více než 330 kV.

Typy výkonových transformátorů

Výkonové transformátory lze rozdělit do několika typů na základě následujících charakteristik a indikátorů:

• Typ chlazení. Existují suché a olejové transformátory. První varianta je vzduchem chlazená a používá se tam, kde jsou zvýšené požadavky na ochranu životního prostředí a požární bezpečnost. Druhou možností je pouzdro naplněné olejem s dielektrickými vlastnostmi, do kterého je ponořeno jádro s vinutími;
• Klimatický design: vnější a vnitřní možnosti;
• Počet fází. Existují třífázové (nejběžnější) a jednofázové;
• Počet závitů. Existují možnosti se dvěma vinutími a více vinutími;
• Účel: zvýšení a snížení.

Dalším kritériem je přítomnost nebo nepřítomnost regulátoru výstupního napětí.

Prvky výkonového transformátoru

Konstrukce výkonového transformátoru předpokládá přítomnost následujících prvků:

• Napájecí vstupy jsou zařízení, přes která je napájena zátěž. Může být umístěn uvnitř nebo venku. Průchodky jsou izolovány různými speciálními materiály a liší se typem izolace a provedením;
• Chladiče. Pro výkonné výkonové transformátory je k dispozici olejový chladicí systém. Chlazení samotného oleje se provádí pomocí radiátorů, vlnité nádrže, nucené ventilace, chladičů oleje a vody nebo oběhových čerpadel;
• Regulátory výstupního napětí jsou zařízení určená ke změně transformačního poměru. Mohou pracovat jak pod vlivem určité zátěže, tak bez ní (v závislosti na konstrukci). Regulátory v podstatě přidávají nebo snižují počet závitů ve vinutí.

Výkonové transformátory mohou být vybaveny dalšími nástavci:

• Plynové relé je zařízení s ochrannou funkcí. Pokud je transformátor nestabilní, olej se rozkládá na jeho složky, přičemž se uvolňuje plyn. Plynové relé buď vypne transformátor, nebo upozorní varovnými signály;
• Indikátory teploty – snímače, které měří teplotu oleje;
• Absorbéry vysoušedla jsou zařízení, která pohlcují kondenzát vytvořený pod ochranným krytem, ​​čímž zabraňují jeho vniknutí do oleje;
• systém regenerace oleje;
• Automatický ochranný systém proti zvýšení tlaku chladicí kapaliny;
• Ukazatel hladiny oleje.

Parametry výkonového transformátoru

• Jmenovitý výkon. U transformátoru se dvěma vinutími je parametr roven výkonu každého z nich. U verze se třemi vinutími s různými výkonovými vinutími se parametr rovná většímu z indikátorů;
• Jmenovité napětí vinutí je charakteristickým parametrem pro provoz naprázdno;
• Jmenovitý proud je indikátor, při kterém je povolen dlouhodobý provoz zařízení;
• Zkratové napětí je charakteristikou impedance vinutí.
• Ztráty zkratem;
• Proud naprázdno – ztráty materiálu magnetického jádra (reaktivní a aktivní);
• Ztráty proudu naprázdno;
• Transformační koeficient.

Jak vybrat napájecí transformátor

Výběr výkonového transformátoru pro provoz v podnicích je založen na výběru výkonu a také v souladu s požadavky na spolehlivost napájení. Pro zajištění nepřetržitého napájení je v některých případech nutné instalovat několik transformátorů. Výkon každého zařízení je volen tak, že v případě jeho výpadku jsou ostatní zařízení schopna převzít funkce tohoto chybějícího článku s přihlédnutím k možnému přetížení.

Dalším důležitým kritériem je dostupnost ochrany:

• Od vnitřního poškození. Vybaveno zařízeními, která monitorují přítomnost plynů, teplotu, tlak a hladinu olejového chladiče;
• Z přetížení. Při instalaci proudových transformátorů na každou fázi se používá tzv. diferenciální ochrana.

Oprava a údržba

Spolehlivost výkonových transformátorů přímo závisí na kvalitě a včasnosti jejich údržby. Zařízení instalovaná v prostorách, kde pracuje personál závodu, podléhají každodenní kontrole se sledováním ukazatelů hladiny oleje, stavu absorbéru a regeneračních zařízení. Kromě toho se kontroluje integrita těla a hlavních prvků. Transformátory v místnostech bez personálu jsou kontrolovány jednou měsíčně a transformátorové body – dvakrát ročně.

Neplánovaná kontrola výkonového transformátoru a jeho ochranných systémů se provádí v případě prudké změny okolní teploty a také v havarijních podmínkách. Zařízení pro regulaci napětí také podléhají pravidelné údržbě. Důvodem je oxidace kontaktních skupin, která vede ke zvýšení jejich přechodového odporu. Před sezónními změnami zátěže (obvykle dvakrát ročně) je zařízení odpojeno od spotřebičů a napájení, načež se regulátor napětí přesune postupně do všech možných poloh. Postup pomáhá zničit oxidový film.

Laboratorní rozbor oleje se provádí každý rok při větších opravách. Pokud olej při vizuální kontrole (barva) nebo podle kontrolních údajů nevyhovuje požadavkům, je vyměněn nebo dolit.