Сухой трансформатор и его технические характеристики
Свое применение такие трансформаторы находят в местах, где имеют место повышенные требования к безопасности людей и оборудования.
Мощные сухие трансформаторы применяются:
- на промышленных металлургических предприятиях,
- на предприятиях нефтяной промышленности,
- на целлюлозно-бумажном производстве,
- в машиностроении,
- а также при электроснабжении общественных зданий, сооружений и на транспорте.
Обмотки низшего напряжения (НН) и обмотки высшего напряжения (ВН) трансформатора заключены в защитный кожух, и атмосферный воздух служит для них основной охлаждающей и изолирующей средой.
Если сравнивать с маслом, то воздух обладает значительно более слабыми изолирующими свойствами, поэтому и требования к изоляции обмоток сухих трансформаторов значительно выше.
Эти трансформаторы устанавливаются лишь в сухих закрытых помещениях (влажность не выше 80%), поскольку их обмотки увлажняются при соприкосновении с воздухом, и для снижения гигроскопичности обмотки дополнительно пропитываются специальными лаками.
Как и любые иные трансформаторы, сухой трансформатор может быть:
- Понижающим трансформатором: для преобразования и понижения напряжения;
- Повышающий трансформатор: с прямо-пропорциональным принципом действия, повышения напряжения на вторичной обмотке.
Конструкция и принцип работы
Конструктивное устройство такого аппарата сходно с обычным масляным агрегатом. Трансформатор состоит из следующих основных узлов:
Конструкция сухого трансформатора
-
магнитопровода (кольцевидной, стержневой или броневой конструкции) – выступающего в роли передачи электродвижущей силы между обмотками на входе и выходе. Для его изготовления обычно применяется шихтованная, ленточная или пластинчатая сталь;
Виды магнитопроводов
Обмотки сухого трансформатора
Корпус
Принцип работы основан на выработке электрического тока во вторичной обмотке за счёт наведённой ЭДС на первичной катушке после подачи на неё напряжения, с преобразованием характеристик за счёт разницы количества витков на входе и выходе.
Специальные виды трансформаторов
К этой группе относят:
- разделительные
- согласующие
- высокочастотные
- сварочные и другого типа трансформаторные устройства, созданные для выполнения специальных электрических задач
Разделительные трансформаторы
Размещение двух обмоток совершенно одинаковой конструкции на общем магнитопроводе позволяет из 220 вольт 50 герц на входе получать такое же напряжение на выходе.
Напрашивается вопрос: зачем делать такое преобразование? Ответ прост: в целях обеспечения электрической безопасности.
Особенности
Сухие трансформаторы отличаются по виду применяемых обмоток, которые бывают открытого, монолитного и литого типов. Использование двух последних разновидностей ограничено за счёт худшего отвода тепла. Из-за этого для таких катушек используется провод с большим сечением. А для охлаждения требуется увеличение зазоров между обмотками и корпусом, выполнение специальных окон для улучшения циркуляции воздуха и организация принудительного обдува.
Для трансформаторов сухой изоляции используют следующие системы охлаждения:
- воздушную, с естественным отводом тепла – температура нагревающихся узлов снижается за счёт прямого контакта с воздушной средой, посредством процесса конвекции и циркуляции воздуха;
- воздушную форсированную – воздушный поток направляется вентилятором на обмотки, внутрь корпуса, с обеспечением снижения температуры узлов.
Воздушная система охлаждения с естественным отводом тепла для агрегатов большой мощности требует увеличения размеров корпуса, что ведёт к возрастанию массы и стоимости оборудования, что не всегда приемлемо.
Установка охлаждающих вентиляторов позволяет снизить цену и улучшить характеристики агрегата.
Что такое сухой трансформатор?
Понятие сухого трансформатора подразумевает, что пространство между обмотками и корпусом не заполнено жидким диэлектриком. Идея сухих преобразователей появилась относительно давно, однако их практическая реализация всячески тормозилась из-за отсутствия подходящих технических средств.
Поэтому на начальных этапах их изготавливали для внутренней установки в сухих помещениях, маломощных приборов с закрытым корпусом, лабораторных образцов и т.д. Но с появлением технологий и материалов, которые позволили не накапливать влагу из окружающего пространства, их сфера применения расширилась и на открытую часть электроустановок высоковольтного напряжения.
Технические характеристики
- Номинальная мощность – определяет объем перерабатываемой электроэнергии для сухого трансформатора.
- Номинальное напряжение – показывает значение уровня напряжения, которое может подаваться на каждую из обмоток высокого, среднего и низкого потенциала.
- Перегрузочный коэффициент – показывает, на какую величину рабочая нагрузка может превышать значение номинального тока.
Для увеличения таблица с характеристиками нажмите на неё:
Трансформаторы тока разных производителей
Рассмотрим несколько трансформаторов тока разных производителей:
Трансформаторы тока ТОЛ-НТЗ-10-01
, предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в комплектных устройствах внутренней и наружной установки (КРУ, КРУН, КСО) переменного тока на класс напряжения до 10 кВ и являются комплектующими изделиями.
Трансформаторы изготавливаются в виде опорной конструкции, в климатических исполнениях «УХЛ» и «Т», категории размещения «2» по ГОСТ 15150-69.
Рабочее положение трансформатора в пространстве – любое.
Трансформаторы работают в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений и имеют:
- класс нагревостойкости «В» по ГОСТ 8865-93;
- уровень изоляции «а» и «б» по ГОСТ 1516.3-96.
Варианты исполнения трансформатора: «Б» — оснащён изолирующими барьерами.
Расположение вторичных выводов:
- «А» — параллельно установочной поверхности;
- «В» — перпендикулярно установочной поверхности;
- «С» — из гибкого провода, параллельно установочной поверхности;
- «D» — из гибкого провода, перпендикулярно установочной поверхности.
Требования к надежности
Для трансформаторов установлены следующие показатели надежности:
- средняя наработка до отказа – 2´105 ч.;
- полный срок службы – 30 лет.
Преимущества и недостатки
По сравнению с масляными, сухие трансформаторы обладают следующими преимуществами:
- экологической безопасностью – для их эксплуатации не предполагается использование токсичных веществ с последующей необходимостью их утилизации. Это значительно снижает негативное воздействие на окружающую среду,
- простотой в обслуживании – не требуется постоянная замена и доливка масла, контроль герметичности узлов,
- безопасностью в эксплуатации – у таких аппаратов значительно ниже пожарная опасность и риск возгорания, исключена угроза температурного расширения масла с возможным взрывом,
- простотой конструкции – это удешевляет производство и обеспечивает надёжность в работе,
- небольшим весом – что особенно актуально для агрегатов значительной мощности по причине того, что не используется жидкий диэлектрик.
Сравнение масляных, сухих и воздушного трансформаторов
Сравнение масляных и сухих трансформаторов
Экономическая выгода сухого трансформатора
Недостатки связаны со сравнительно большими габаритами. Для мощных машин возникает необходимость значительного увеличения объёма корпуса, чтобы увеличить воздушный зазор для охлаждения.
Применение литой изоляции вызывает опасность механического разрушения при эксплуатации в условиях пониженных температур или резких температурных колебаний.
Обслуживание
Не смотря на недостатки, сухие трансформаторные приборы используются в различных сферах человеческой деятельности часто. Обслуживание агрегата простое. Проверка производится раз в 6 месяцев. При этом проверяется система вентиляции.
Уход за агрегатом предполагает также его периодическую очистку от различных загрязнений. Частота уборки зависит от особенностей окружающей среды. В пыльных помещениях уход за поверхностью прибора необходимо выполнять чаще.
Обслуживание предполагает проведение внешнего осмотра оборудования. На нем не должно быть дефектов, механических повреждений. Крепежные элементы должны быть крепко затянуты. Болты проверяются раз в год. Выполняя простые рекомендации по проведению обслуживания, можно обеспечить длительную, надежную работу агрегата.
Область применения
Указанное оборудование повсеместно применяется в бытовой и производственной сфере. Сухие трансформаторы используются для преобразования электрической энергии на предприятиях в следующих областях:
- Тяговых и трансформаторных подстанциях при передаче энергии,
- Привода наземного электрического транспорта,
- Электроснабжения производственных цехов и пр.
В быту такие машины устанавливаются для подачи преобразованной энергии на жилые дома и общественные учреждения. Миниатюрные устройства применяются для подключения различного бытового оборудования.
Для чего служит и где может использован
Сухой трансформатор производства Россия обеспечивает понижение или повышение значения напряжения, что определяется нуждами потребителя. Преобразование электрических параметров – важный этап, без которого было бы сложно обеспечивать объекты электроэнергией, так как для этого требуется изменение значения высоковольтного напряжения ЛЭП на более низкое. Ввиду отсутствия масляного диэлектрика такие аппараты называются сухими. Это означает, что конструкцией предусмотрена система воздушного охлаждения.
Сухой повысительный силовой трансформатор предназначен для реализации функции преобразования электроэнергии с дальнейшим ее распределением и передачей. Вырабатываемая генератором электроэнергия происходит при небольших напряжениях (не более 24 В), а чтобы передавать ее по высоковольтным линиям без существенных потерь желательно повысить значение напряжения до большего уровня (от 110 до 750 кВт в зависимости от потребностей). Вместе с тем подобные аппараты выполняют и функцию понижения.
Дополнительно к тому сухой трансформатор мощностью 400 кВА (выше или ниже) может питать электроустановки, оборудование и электрические приборы. Это означает, что такого рода оборудование широко применяется в сетях энергосистем, на производстве, для обеспечения электроэнергией объектов разного целевого назначения.
Схемы подключения температурного реле
Система контроля температуры сухих преобразователей напряжения на всех трех фазах и в нескольких точках сердечника реализована автоматическим образом на базе подключения теплового реле типа РТ 100, соединённого посредством температурных датчиков с точками замера температуры действующего оборудования.
Тепловое реле располагается на корпусе энерго установки в удобном для обслуживания и снятия показателей месте корпуса на универсальную DIN-рейку.
Схема подключения к трансформатору контактных частей теплового релейного контроля приводится ниже.
Рисунок 5. Тепловое реле РТ 100
Лимит максимальных и минимальных порогов срабатывания на сигнализацию аварии или режима отключения силового устройства допускается устанавливать силами обслуживающего персонала, но он не должен превышать допустимых значений в 140-150 С для стандартно класса стойкости изоляции и выше для более усиленных. В Табл. 6 эти характеристики расписаны по каждому классу в деталях.
Реле подключается к питанию через модульную дифференциальную защиту, а также связана своими контактами с катушками питания вентиляторов охлаждения определенных участков оборудования сухого типа, при срабатывании РТ 100 которые начинают принудительный обдув этих областей устройства.
Как устроить вентиляцию в отсеках
Для оптимального создания и проведения естественного воздушного охлаждения силового трансформирующего агрегата электроэнергии необходимо в отсеках, где планируется его постоянная установка и подключение, создание правильной схемы приточно-вытяжной вентиляции.
Некоторые рекомендации по их создании в короткой схеме и с небольшим описанием приводятся ниже.
Рисунок 6. Создание вентиляции для сухих трансформаторов в зоне их эксплуатации
Расчет выбора отверстий приточного и вытяжного отверстиях, обозначенных на Рис. 6 S1/S2 производится по специальным расчетным формулам и зависят от нескольких параметров силового преобразователя, а так же от размеров самого отсека в котором происходит установка. Данные расчеты лучше доверить или компьютеризированным сервисам просчета технических параметров для оптимальной работы трансформаторов или отнести на счет проектных бюро, которые проектируют будущую электроустановку или ее часть.
Назначение устройства
По своему назначению трансформаторы тока относятся к специальным вспомогательным устройствам, применяемых в комплексе с различной измерительной аппаратурой и защитными механизмами в сетях переменного тока.
Принципом работы трансформатора тока считается преобразование любых величин, которые приобретают более воспринимаемые значения для получения информации и обеспечения питания защитных реле. Благодаря изоляции аппаратов, сотрудники обслуживающей организации надежно защищены от поражения током. Все виды трансформаторов могут служить для двух функций:
- Измерение силы тока в цепи — с их помощью передаются данные на измерительные приборы, которые подключены ко вторичной обмотке. В этом случае трансформатор может преобразовать ток высокой величины в более приемлемые параметры.
- Предохранительные действия — устройства в первую очередь передают данные на защитные аппараты и приборы управления. С помощью трансформаторов электрические показатели преобразуются для питания релейного оборудования.
По своему назначению и принципу действия трансформаторы тока способствуют подсоединению измерительных приборов к энергетическим линиям высокого напряжения, когда нет возможности подключить их напрямую. Они нужны для передачи снятых показаний на аппаратуру измерения, которая подключается ко вторичной обмотке.
Кроме того, преобразователи проводят наблюдение за состоянием электрического тока в цепи, к которому они подключены. При подсоединении к силовой автоматической защите устройство проводит мониторинг сетей, наличие и состояние заземления. Если ток достигает максимального значения, то автоматически включается защита и останавливается работа всего оборудования.
Что такое сухой силовой трансформатор
Сухие силовые трансформаторы – это преобразователи параметров электрического тока, в которых охлаждение осуществляется за счет движения воздушных потоков. Их производство регламентируется ГОСТом Р 54827-2011. Такие модели безопасны, просты в эксплуатации и свободны от необходимости контролировать утечку охлаждающей жидкости и периодически ее заменять. Экологичность воздушных трансформаторов позволяет эксплуатировать их на территориях, к которым предъявляются повышенные требования по безопасности окружающей среды: в местах общественного пользования, на предприятиях нефтегазопереработки, металлургической отрасли, атомных электростанциях, целлюлозно-бумажном производстве. Сухие силовые трансформаторы изготавливают по вакуумной и безвакуумной технологиям.
Особенности конструкции сухих трансформаторов, изготовленных по вакуумной технологии
При производстве сухих преобразователей вакуумным способом обмотки заливают в вакууме эпоксидным компаундом, в котором присутствует кварцевый наполнитель. Преимуществами таких устройств является исключение из изоляционного материала различных примесей и ликвидация микрополостей, которые резко снижают диэлектрическую прочность изоляции.
Конструктивные элементы сухого силового трансформатора этого типа:
- трехстержневый магнитопровод, изготовленный из магнитной стали с особой микроструктурой, которая отличается ориентированным расположением зерен;
- обмотки низшего и высшего напряжения, выполненные из алюминиевой ленты;
- вводы низшего напряжения, которые в стандартном виде располагаются на противоположной стороне сверху по отношению к вводам ВН, в специальном исполнении они размещены снизу;
- вводы высшего напряжения – имеют перемычки для согласования обмотки ВН с напряжением сети;
- опорные подкладки, снижающие уровень шума, который сопровождает работу агрегата;
- опорная рама, которую можно перемещать в поперечном или продольном направлениях благодаря наличию роликов;
- изоляция, изготовленная из смеси эпоксидной смолы и кварцевого наполнителя, ее преимущество – отсутствие необходимости дополнительного обслуживания.
Устройство и особенности эксплуатации сухого трансформатора с литыми обмотками, изготовленными по безвакуумной технологии
Эта технология подразумевает изготовление обмотки высшего напряжения поочередной намоткой слоев обмотки и межслойной изоляции. Изоляция состоит из ровинга с эпоксидным компаундом без наполнителя. Намотка осуществляется при атмосферном давлении. Сухие трансформаторы этого типа носят название «Резиблок», подчеркивающее, что обмотки имеют вид монолитного блока.
Собранная конструкция подвергается термической обработке. Обмотки таких устройств отличаются:
- способностью выдерживать усилия коротких замыканий, перегрузок;
- высокой устойчивостью к трещинообразованию;
- длительным эксплуатационным периодом.
Благодаря наличию встроенных охлаждающих каналов трансформаторы с литой изоляцией эффективно охлаждаются воздушными потоками, что позволяет использовать их при температурах до +140 °C. Для таких устройств характерны исключительно высокие пожаро- и взрывобезопасность, низкий уровень шума при работе. Они могут работать в предельно экстремальных условиях, которые характерны для химической индустрии, тяжелой промышленности. Агрегаты могут эксплуатироваться во влажных средах (уровень влажности – 95 % и более), в условиях сильной вибрации. Их можно устанавливать поблизости от электропотребляющих объектов, что значительно снижает расходы на прокладку силового кабеля.
Другие преимущества сухих трансформаторов с литой изоляцией:
- наличие в конструкции технически передовых негорючих материалов, снижающих стоимость активных материалов;
- наличие стекловолокна или асбеста, обеспечивающих эксплуатационную безопасность в условиях повышенных температур;
- присутствие защитного корпуса.
Виды вентиляции для сухих трансформаторов с литой изоляцией
Такие преобразователи бывают низко- и высоковольтными. Для трансформаторов с напряжением обмоток ВН не выше 15 кВ достаточной является естественная воздушная система охлаждения. Она обеспечивает допустимую температуру магнитных обмоток и других токопроводящих элементов при соблюдении правил установки агрегата. Дистанция между единицами оборудования и агрегатами и стеной – не менее 500 мм. Обычно эти расстояния указываются в проектной документации.
Помещение, в котором устанавливается трансформатор, должно быть хорошо вентилируемым. Важно, чтобы воздух мог поступать в нижнюю часть передней панели и свободно выходить через верхнюю часть задней. Для высоковольтных агрегатов естественного охлаждения недостаточно. Ситуацию исправляют установкой вентиляторов.
Что такое сухие трансформаторы?
Сухой разнотипный трансформатор мощностью 2000 кВА, выше или ниже этого значения, предполагает необходимость выполнения следующих вычислений:
- Выбор конструкции магнитопровода и типа главной изоляции;
- Определение основных размеров;
- Расчет обмоток;
- Определение параметров короткого замыкания и холостого хода;
- Оценка теплового режима аппарата;
- Определение массы и ориентировочной стоимости оборудования.
Трансформатор сухой мощностью 2500 кВА или характеризующийся другими параметрами в результате расчетов может отличаться по значениям основных параметров. Допускается погрешность не более 7,5% для характеристик короткого замыкания и не выше 10% для параметров холостого хода.
Основные технические характеристики
В качестве ключевых параметров выступают:
- Номинальная мощность;
- Напряжение ВН и НН;
- Напряжение и потери короткого замыкания;
- Ток и потери холостого хода;
- Способ соединения обмоток;
- Степень защиты и климатическое исполнение оборудования.
Если рассматривается сухой трансформатор 630 кВА, его технические характеристики будут сходны с тем, что и для маломощных аппаратов. Единственное отличие может заключаться в необходимости обозначить мощность для каждой из обмоток.
Номинальное напряжение
Если рассматривать исполнения с высшим напряжением, равным 10 кВ, то значения низшего напряжения могут варьироваться в пределах, достаточных для удовлетворения нужд потребителя. Например, большинство аппаратов производятся с НН 0,4 кВ, что позволяет питать приборы напряжением 380 и 220 В.
Смотрим видео, принцип работы и характеристики изделия:
Есть также варианты с более высоким значением НН: 3,15; 6,3; 10,5 кВ. В этом случае аппарат используется в электросетях разного уровня напряжения. Допускается также питание высоковольтного оборудования, например, электроприводов, рассчитанных на 1000 В.
Номинальная мощность и ток
Трансформатор разнотипный сухой SEA 2500 кВА, равно как и устройства прочих марок, должны соответствовать по значению мощности ГОСТ 9680-77. Чтобы определить величину этого параметра для трехфазного аппарата используется формула:
где U – напряжение между фазами;
Отсюда же можно вычислить значения номинальных токов на каждой из обмоток. Мощность при этом будет указываться в ВА. Во избежание перегрузок необходимо, чтобы величина рабочего тока на каждой из обмоток не превышала номинального значения.
Эксплуатация трансформаторов
По мере функционирования таких аппаратов необходимо контролировать уровень нагрева активной части. В некоторых исполнениях может быть предусмотрен температурный датчик. В автоматическом режиме за этим осуществляет контроль ЩТЗТ – щит тепловой защиты сухого разнотипного трансформатора.
По мере функционирования требуется производить внешний осмотр аппарата на предмет повреждения изоляции обмоток или соединительных проводов. Таким образом, сухой трансформатор по некоторым параметрам является более предпочтительным вариантом, чем аналоги масляного типа. Это объясняется в первую очередь более высокой степенью безопасности и экологичностью. Соответственно, такие аппараты можно смело устанавливать в местах большого скопления людей, в частном жилье и прочее.
При выборе следует учитывать основные параметры трансформаторов: номинальные напряжения обмоток, мощность, параметры короткого замыкания и холостого хода. Конечная стоимость исполнений сухого типа будет несколько выше масляных аналогов.
Какому варианту отдать предпочтение?
На этот вопрос нет единого ответа, так как существует множество факторов, которые предопределяют решение. Как показывает практика, на современном рынке используются трансформаторы типа НДЦ и НМЦ, которые сопровождаются естественной циркуляцией масла и принудительной подачей воздуха. Подобные изделия обладают повышенной стойкостью к перепадам температуры, создает защитную пленку, которая продлевает жизнь оборудованию.
Вместе с этим, имеются более прогрессивные и безопасные технологии, которые помогают избежать форс-мажорных ситуаций. К примеру, пожаров на подстанциях, когда полностью выгорает все оборудование ОРУ. Необходимо двигаться вперед к технологическому прогрессу, но и не забывать о наработках прошлых лет. Ведь со старым оборудованием придется работать еще очень долго.
Дополнительное оборудование
Устройство силового трансформатора включает в себя различные виды дополнительного навесного оборудования:
- газовое реле. Это устройство выполняет защитные функции. При нестабильной работе трансформатора (нарушена система охлаждения, повреждения различного типа), масло начинает постепенно разлагаться на простые составляющие. В процессе выделяется определенное количество газов. Если реакция протекает медленно, то устройство подает предупреждающий сигнал, а если газ образуется слишком быстро, то реле просто отключает трансформатор;
- индикаторы температуры. Специальные датчики на основе термопар регулярно проводят замеры температуры масла в самых горячих точках;
- поглотители влаги. Так как конструкция маслонаполненной емкости не является абсолютно герметичной, то под крышкой может образоваться водяной конденсат. Специальные устройства поглощают влагу и препятствуют попаданию ее в масло;
- система постоянной регенерации масла;
- защита от повышения давления внутри емкости. Система комбинируется с устройствами сброса лишнего давления и работает в автоматическом режиме;
- индикатор уровня масла. В большинстве случаев он выполнен в виде прибора с циферблатом и стрелкой или в виде трубки, которая заполнена маслом и соединена с емкостью по принципу сообщающихся сосудов.
Больше информации о современных силовых трансформаторах, их основных разновидностях, типах конструкции и новейших разработках в этой сфере можно узнать на международной выставке «Электро». Мероприятие состоится на территории ЦВК «Экспоцентр».
Измерительные трансформаторы тока и напряженияПринцип действия измерительных трансформаторовВысоковольтные трансформаторы
Преимущества и недостатки
Сухие трансформаторы характеризуются рядом особенностей. Технические характеристики, устройство аппаратуры говорят о высоком спросе на представленное оборудование. Высокая востребованность объясняется преимуществами, которыми обладает трансформаторное устройство сухого типа. Есть и недостатки. О них необходимо узнать перед приобретением аппаратуры.
Преимущества
Представленная установка для трансформации тока обладает массой достоинств. Преимущества сухих трансформаторов следующие:
- Применение при изготовлении специальной стали привело к снижению потерь в сети.
- Современные комплектующие позволяют снизить габариты и вес агрегатов.
- Преимуществом является экологическая безопасность приборов. В системе отсутствует масляный охладитель, который выделяет вредные для здоровья человека и окружающей среды вещества.
- Оборудование пожаробезопасное. При создании обмоток применяются негорючие материалы.
- Исполнение универсальное. Оборудование применяется в различных условиях.
Недостатки
Сухие трансформаторы имеют и ряд недостатков. Их перегрузочная способность уступает масляным разновидностям оборудования. Стоимость последних будет значительно меньше. И продаются они дороже. Они имеют большие габариты, что значительно влияет на цену изделия.
Особенности
Сухие трансформаторы отличаются по виду применяемых обмоток, которые бывают открытого, монолитного и литого типов. Использование двух последних разновидностей ограничено за счёт худшего отвода тепла. Из-за этого для таких катушек используется провод с большим сечением. А для охлаждения требуется увеличение зазоров между обмотками и корпусом, выполнение специальных окон для улучшения циркуляции воздуха и организация принудительного обдува.
Для трансформаторов сухой изоляции используют следующие системы охлаждения:
- воздушную, с естественным отводом тепла – температура нагревающихся узлов снижается за счёт прямого контакта с воздушной средой, посредством процесса конвекции и циркуляции воздуха;
- воздушную форсированную – воздушный поток направляется вентилятором на обмотки, внутрь корпуса, с обеспечением снижения температуры узлов.
Воздушная система охлаждения с естественным отводом тепла для агрегатов большой мощности требует увеличения размеров корпуса, что ведёт к возрастанию массы и стоимости оборудования, что не всегда приемлемо.
Установка охлаждающих вентиляторов позволяет снизить цену и улучшить характеристики агрегата.
Системы охлаждения и пожаротушения
Как уже говорилось выше, ТРДН имеют систему охлаждения с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха. Это значит, что в навесных охладителях из радиаторных труб помещают вентиляторы. В этом случае, в навесных охладителях, из радиаторных труб помещаются вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу трансформатора и обдувает нагретую верхнюю часть труб.
Для улучшения условий охлаждения масла, а следовательно, и обмоток магнитопровода трансформатора производится форсированный обдув радиаторных труб. Это позволяет изготовлять трансформаторы с расщепленной обмоткой мощностью до 100 000 кВ•А. В настоящее время, пуск и остановка вентиляторов, может осуществятся автоматически. Он зависит только от температуры нагрева масла и нагрузки .
Основные преимущества и недостатки
Практические каждый тип сопровождается рядом технических особенностей, преимуществами и недостатками. Далее, представляем основные критерии, по которым определяется позитивные или негативные позиции:
- Уровень температур. Главное назначение охлаждения — поддержать естественную, благоприятную рабочую среду для оборудования. Последнее во многом определяется средой установки, уровень нагрузки энергоустановок.
- Стоимость реализации. Практически каждая энергоснабжающая компания стремится сократить расходы на оборудование, поэтому использует старые проверенные решения в виде масляного охлаждения.
- Степень безопасности. Это важный критерий, который предполагает применение того или иного решения на разных объектах энергетики. Для атомных станций предпочтительно задействовать более современные и рациональные предложения, позволяющие поддерживать нужный температурный режим. Когда на подстанции распределительной сети с небольшими токами можно применять вариант по типу С.
Обратите внимание, что в России, Беларуси, Украине используются силовые трансформаторы с системой охлаждения НМЦ, НДЦ
Основные характеристики трансформатора
На рис.1.3 изображен внешний вид трансформатора ТРДН-40000/110.
Рисунок 1.3 – Внешний вид трансформатора ТРДН-40000/110
В соответствии с принятой системой обозначений аббревиатура трансформатора ТРДН-40000/110-У1 расшифровывается так:Т – трехфазный трансформатор;Р – наличие ращепленной обмотки низкого напряжения;Д – охлаждение производится с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха;Н – регулирование напряжения производится под нагрузкой РПН;40000 – номинальная мощность трансформатора, кВ•А;110 – класс напряжения обмотки высокого напряжения, кВ;У1 – климатическое исполнение, категория размещения по ГОСТу 15150. Основные параметры этого трансформатора приведены в табл.1.1 [].
Таблица 1.1 – Технические параметры ТРДН-40000/110-У1
| Номинальная частота, Гц | 50 |
| Схема и группа соединения обмоток | Υн/Δ-Δ-11-11 |
| Номинальное значение напряжения ВН, кВ | 115 |
| Номинальное значение напряжения НН, кВ | 11 |
| Напряжение КЗ (ВН-НН), % | 10,5 |
| Ток холостого хода, не более, % | 0,55 |
| Ступени регулирования РПН в нейтрали ВН | ±9х1,78% |
| Полный срок службы, лет | 25 |
В требованиях для силовых трансформаторов сказано, что для обеспечения продолжительной и надежной эксплуатации трансформаторов необходимо обеспечить:
- соблюдение необходимых нагрузочных, температурных режимов и уровня напряжений;
- соблюдение характеристик трансформаторного масла и изоляции в пределах установленных норм;
- содержание в исправном состоянии устройств охлаждения трансформатора, защиты масла, регулирования напряжения и т. д.
Режимы работы трансформатора
Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены.
Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.
В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора.
Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.
Схема режима работы трансформатора тока.
Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны.
Будет интересно Как устроен силовой трансформатор и где его применяют?
Поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения. Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:
где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке.
Если U2> U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.
Требования безопасности и охрана окружающей среды
Общие технические условия для силовых трансформаторов приведены в . ГОСТ включает в себя технические требования, требования безопасности, включая требования пожарной безопасности, требования охраны окружающей среды, указания по эксплуатации, транспортирование и хранение. Требования безопасности, должны так же соответствовать . По стандарту выполняется заземление баков трансформаторов.
Степень защиты трансформаторов определяет стандарт . В нем говорится, что все трансформаторы, кроме встроенных, должны выполняться с 1 или 2 классом защиты и иметь степень защиты не ниже IP20. Стационарные трансформаторы, в свою очередь, допускается изготовлять со степенью защиты IP00. Система стандартов приводит требования по утилизации трансформатора. В нем описан следующий ряд действий:
- трансформаторное масло следует слить и отправить на регенерацию;
- металлические составляющие трансформатора необходимо сдать на переработку;
- фарфоровые изоляторы, электрокартон, резиновые уплотнения нужно отправить на полигон твердых бытовых отходов.
ОХЛАЖДЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ В ПОМЕЩЕНИИ
Независимо от специфики использования и типа системы охлаждения масляного трансформатора при его расположении внутри здания, помещение нуждается в вентиляции, так как отсутствие интенсивной циркуляции воздуха может стать причиной снижения номинальной мощности.
Как правило, на предприятиях помещения для трансформаторного и сервисного оборудования предусмотрены заранее и имеют вентиляционные отверстия: в нижней части для притока холодного воздуха и в верхней части для оттока теплого воздуха.
Если помещение для трансформаторной подстанции представляет собой отдельно стоящее здание, при большинстве режимов эксплуатации, вполне достаточно естественной циркуляции воздуха.
Принудительная циркуляция необходима следующих случаях:
- Помещение имеет небольшую площадь;
- Работа оборудования характеризуется частыми перегрузками;
- Расположение оборудования в помещении приводит к нарушению естественной циркуляции воздушных потоков;
- Температура внешней среды превышает 20оС;
- Эксплуатируются трансформаторы типа С.
Принятые классификации
Учитывая немалый вес и размеры СТ, чтобы упростить ряд работ, связанных с обслуживанием, транспортировкой и планированием, данные устройства принято делить на габаритные группы. Ниже представлена таблица, где показано соответствие.
Таблица габаритов СТ:
| Габаритная группа | Минимальная мощность (кВ*А) | Максимальная мощность (кВ * А) | UМАКС (кВ) |
| I | 10,0 | 100,0 | 35,0 |
| II | 160,0 | 630,0 | |
| III | 1000,0 | 6300,0 | |
| IV-1 | 10000,0 | 40000,0 | |
| IV-2 | 6300,0 | 63000,0 | 110,0 |
| V-1 | 100000,0 | 250000,0 | |
| V-2 | 10000,0 | 250000,0 | 220,0-330,0 |
| VI-1 | 250000,0 и более | от 330,0 и более | |
| VI-2 | без ограничения по мощности и напряжению |
Силовой трансформатор 5-й габаритной группы ТРДЦН-63000/220, вес около 130 тоннПомимо габаритного распределения, СТ также классифицируют по следующим показателям:
- число фаз (как правило, подстанции оборудованы трехфазными преобразователями);
- количество обмоток (две или три);
- функциональное назначение (понижение или повышение амплитуды);
- исполнение (установка внутри помещения или снаружи);
- система отвода тепла (воздушная или масляная).
ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:
Автотрансформаторы. Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом. Импульсные трансформаторы. Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала. Разделительный трансформатор. Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице. Пик—трансформатор. Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.
Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения.
Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.
Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.
Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ «Ц»
Трансформаторное оборудование мощностью более 160МВА комплектуется масляно-водяной системой отвода тепла. Водяной контур располагается между пластинами радиатора, что помогает более эффективно выводить тепло.
Маслопроводы располагаются в непосредственном контакте с трубами воды. Это повышает коэффициент теплопередачи. Практикуется применение как однотрубного так и двухтрубных контуров.
Такие конструкции устанавливаются, как правило, в закрытых помещениях оборудованных системой отопления, чтобы вода не замерзла при отрицательных температурах. Область применения включает сталелитейные предприятия, обогатительные комбинаты и другие производства с агрессивной средой.
Гибридные масляно-водяные охладители имеют компактные размеры. В них используются как трубчатые или радиаторные, так и плоские (мембранные) контуры. Максимальная рабочая температура в верхних слоях масла не должна превышать +70°С. Оба охлаждающих контура функционируют непрерывно и включаются в работу автоматически, при подаче электроэнергии на обмотку.
Основными проблемами при эксплуатации оборудования такого типа является коррозия труб водяного контура охлаждения.
Протечки воды в маслопровод может вывести из строя все электрооборудование. Поэтому давление в масляном контуре немного превышает аналогичный показатель в водяном.
Тип «НЦ» – для систем такого типа характерно применение направленного движения охлаждающих жидкостей.
Особенности конструкции
Для изготовления сухих трансформаторов задействованы передовые технологии проектирования и производства. Каждый трансформатор проходит обязательную сертификацию качества на соответствие ISO9001:2000.
Надежность и безопасная эксплуатация сухих трансформаторов достигается за счет качества изоляции обмоток и конструктива. На эффективность характеристик влияет технология производства. Самая распространенная – заливка обмоток изоляционным компаудом с вакуумировкой.
Рис. №2. Конструкция сухого трансформатора с литой изоляцией
Магнитный сердечник (2) в виде колонок набранных из специальной зернистой электротехнической стали, нормализующий и уменьшающий потери.
Рис. №3. Внешний вид магнитного сердечника
Обмотки ВН (1) изолированы компаудом, залитым при вакуумировании.
Обмотка НН (3) выполнена из алюминиевых полос фольги, изолирована специальной пропиткой в вакууме.
Сердечник отделен от обмоток резиной (6), которая поглощает расширение компонентов под воздействием тепла и вибрацию, что понижает рабочий шум.
Колонны обмоток изолированы (10) эпоксидной смолой, которая минимизирует обслуживание, в отличие от маслонаполненных трансформаторов.
Изоляция (14) с классом по нагревостойкости F- 155ОС допускает превышение температуры обмоток на 100 градусов Цельсия. Повышение температуры допускается в соответствии со стандартом МЭК 60076 и ГОСТ Р 52719.
Со стороны ВН установлены выводы для размещения регулировочных перемычек (7), которыми выставляют требуемое напряжение первичной обмотки. Регулировка производится при отключении оборудования от питающей сети.
Шинопроводы (13) можно присоединять прямо к контактам трансформатора.
Контакты низкого напряжения (4) размещаются стандартно сверху, или снизу в зависимости от запроса.
Контакты высокого напряжения (5) расположены внизу или наверху, по стандартным правилам или в зависимости от желаний заказчика. Контакты соединены перемычками, соединяющими обмотки в схему «треугольник».
Для наблюдения за температурой предусмотрены термодатчики РТ и РТС (11), которые внедрены в обмотку НН.
Корпус размещается на стальной раме (8), оборудованной металлическими роликами (9) для безопасного перемещения трансформатора к месту монтажа в кожухи с определенным уровнем защиты. С их помощью оборудование транспортируется к мету хранения. Подъем осуществляется с помощью четырех рым-болтов (12).
Конструкция
Масляный и сухой тип охлаждения применяется в конструкции силового оборудования. Представленные разновидности в общем мало чем отличаются. При производстве представленных агрегатов конструкция обеспечивается магнитоприводом и контурами ВН (высокое напряжение) и НН (низкое напряжение). Для изготовления активной части оборудования применяются допустимые материалы. Сердечник изготавливается из электротехнической стали. Контуры бывают медными и алюминиевыми.
Предусматривается наличие кожуха. Воздух в сухом аппарате служит не только температурной защитой, но и изоляцией. Вентиляционные отверстия в представленном оборудовании больше, чем в масляных трансформаторах. Перегрузка из-за перегрева при использовании воздуха в качестве охладителя более вероятна.
Обмотки
Трансформатор сухой 250 кВА, 400 кВА, 1000 кВА и прочие разновидности отличаются категориями обмотки. Различают два типа контуров:
- ТСЗК – включает лаки на кремнийорганической основе.
- ТСЗ – создается из стекла. Отличается хорошими теплоизоляционными характеристиками.
Изоляция пропитывается специальными составами. Это предотвращает скапливание влаги внутри. Допустимая температура обмоток изоляции на основе асбеста и стекловолокна выше. Применение новых материалов позволяет избежать перегрузки системы.
Дополнительные элементы
Конструкция дополняется специальными устройствами. Чтобы регулировать исходящее напряжение сухой трансформатор 250 кВА, 630 кВА и прочие разновидности имеют реле. Например, это может быть устройство РПГ, РПН, ПБВ.
Установка требует контроля уровня нагрева магнитопривода. В противном случае возникнет перегрузка, аварийная ситуация. Автоматически контролирует параметры функционирования щит тепловой защиты (ЩТЗТ). Это надежное оборудование. Производство сухих трансформаторов применяет иногда иную систему. Для щитков ЩТЗТ выполняется установка датчика. Прибор реагирует на повышение температуры.
Щитки ЩТЗТ не допускают нагрев активной части свыше 10%. Характеристики, свойственные установке, разрешают кратковременное повышение температуры. Нагрев должен быстро снижаться. За это отвечает щиток. Превышение допустимых показателей температуры длительное время приводит к нарушениям работы агрегата, возникает перегрузка.
Устройства с негорючим диэлектриком
Мощность таких установок составляет до 2500 кВА. Трансформаторы этого типа применяются в тех случаях, когда технические условия не допускают использования других устройств. Чаще всего это связано с условиями окружающей среды и недопустимостью открытой установки масляных трансформаторов.
Применение устройств с негорючим диэлектриком имеет серьезные ограничения в связи с высокой токсичностью совтола, используемого для охлаждения. Данная жидкость, обладая противопожарными и взрывобезопасными свойствами, может нанести серьезный вред человеческому организму, привести к раздражению носовых и глазных слизистых оболочек.
Ссылки и литература
1. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. — М.: Энергоатомиздат, 1987. – 315 с. 2. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. Учебник для вузов. 2-изд. — М.: Энергоатомиздат, 1986.-310 с. 3. Правила технической эксплуатации электроустановок. Утвержден приказом Минтопэнерго Украины от 25.07.2006 г. 4. ГОСТ Р 52719–2007. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. – М.: Издательство стандартов, 2007. – 45 с. 5. ГОСТ 12.2.007.0–75. Система стандартов безопасности труда. Издание электротехническое. Общие требования безопасности. – М.: Издательство стандартов, 1975. – 12 с. 6. ГОСТ 12.2.007.2–75. Система стандартов безопасности труда. Трансформаторы силовые и реакторы электрические. Требования безопасности. – М.: Издательство стандартов, 1975. – 5 с.
МАРКИРОВКА ТОКОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Условное обозначение устройств отечественного производства осуществляется в соответствии с нормативной документацией и техническими условиями ми (ТУ).
Она имеет следующий вид:
ТNM — X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 XY12 X13 X14, где
- Т — первая буква в обязательном порядке «Т» означает, что устройства относятся к трансформаторным;
- N — конструкционные особенности устройства: проходной (П), опорный (О), с использованием шины в качестве первичной обмотки (Ш), с фарфоровой изоляцией корпуса (Ф);
- M — материал изоляции обмоток: «М» — масляная (фактически, смешанная бумажно-масляная изоляция), «Л» — литая (эпоксидная смола), «Г» – газовая;
- Х1 — значение рабочего (номинального) напряжения;
- Х2 — вариант конструкционного исполнения. Как правило, касается расположения контактов первичной и вторичной обмоток как;
- Х3 — габаритные размеры корпуса. Чаще всего, эта маркировка применяется для трансформаторов, устанавливаемых в силовых шкафах. Код привязывают к длине корпуса;
- Х4 — буквенный код определяющий расположение выводов вторичной катушки относительно установочного основания. «А» — параллельно установочной поверхности, «Б» — перпендикулярно относительно установочной поверхности;
- Х5 — наличие и тип изолирующих барьеров;
- Х6 – значение точности при передаче данных, внешняя цепь;
- Х7 — коэффициента безопасности для исходящих катушек (измерительные цепи);
- Х8 – значение точности для исходящих катушек (измерительные цепи);
- Х9 — коэффициент кратности;
- Х10 – рабочее значение нагрузки для устройств измерения;
- Х11 — рабочее значение нагрузки для устройств защиты;
- Х12 — значение входящего и исходящего тока;
- Х14 — максимальное значение силы тока при односекундном воздействии короткого замыкания на пределе термической стойкости;
- Х15 — климатическое исполнение оборудования.
Что такое силовой трансформатор и его назначение
Основная сфера применения СТ связана с передачей и распределением электроэнергии, упрощенно это представлено на рисунке ниже.
Схема передачи электроэнергии
Как видно из рисунка, в цепи между генератором и потребителем может быть установлено несколько СТ. Первый повышает напряжение до 110 кВ (чем оно выше, темь меньше потерь при передаче на дальние расстояния) и подает его на ЛЭП. На выходе линии установлен второй СТ на районной подстанции, откуда производится передача по подземному кабелю на трансформаторный пункт, откуда запитываются конечные потребители.
Трансформаторный пункт
Что такое сухой трансформатор и как он работает?
Для изготовления сухих трансформаторов задействованы передовые технологии проектирования и производства. Каждый трансформатор проходит обязательную сертификацию качества на соответствие ISO9001:2000.
Надежность и безопасная эксплуатация сухих трансформаторов достигается за счет качества изоляции обмоток и конструктива. На эффективность характеристик влияет технология производства. Самая распространенная – заливка обмоток изоляционным компаудом с вакуумировкой.
Магнитный сердечник (2) в виде колонок набранных из специальной зернистой электротехнической стали, нормализующий и уменьшающий потери.
Рис. №3. Внешний вид магнитного сердечника
Обмотки ВН (1) изолированы компаудом, залитым при вакуумировании.
Обмотка НН (3) выполнена из алюминиевых полос фольги, изолирована специальной пропиткой в вакууме.
Сердечник отделен от обмоток резиной (6), которая поглощает расширение компонентов под воздействием тепла и вибрацию, что понижает рабочий шум.
Колонны обмоток изолированы (10) эпоксидной смолой, которая минимизирует обслуживание, в отличие от маслонаполненных трансформаторов.
Изоляция (14) с классом по нагревостойкости F- 155ОС допускает превышение температуры обмоток на 100 градусов Цельсия. Повышение температуры допускается в соответствии со стандартом МЭК 60076 и ГОСТ Р 52719.
Со стороны ВН установлены выводы для размещения регулировочных перемычек (7), которыми выставляют требуемое напряжение первичной обмотки. Регулировка производится при отключении оборудования от питающей сети.
Шинопроводы (13) можно присоединять прямо к контактам трансформатора.
Контакты низкого напряжения (4) размещаются стандартно сверху, или снизу в зависимости от запроса.
Контакты высокого напряжения (5) расположены внизу или наверху, по стандартным правилам или в зависимости от желаний заказчика. Контакты соединены перемычками, соединяющими обмотки в схему «треугольник».
Для наблюдения за температурой предусмотрены термодатчики РТ и РТС (11), которые внедрены в обмотку НН.
Корпус размещается на стальной раме (8), оборудованной металлическими роликами (9) для безопасного перемещения трансформатора к месту монтажа в кожухи с определенным уровнем защиты. С их помощью оборудование транспортируется к мету хранения. Подъем осуществляется с помощью четырех рым-болтов (12).
РЕМОНТ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Силовые трансформаторы работают с большими значениями напряжений и мощностей, поэтому их надежность во многом зависит от правильности и полноты технического обслуживания.
Для того оборудования, которое установлено в местах с постоянным нахождением дежурного персонала, производятся ежедневные осмотры с контролем показаний измерителей температуры и давления. Контролируются следующие показатели:
- уровень масла;
- степень истощения влагопоглотителя;
- состояние устройств регенерации масла;
- отсутствие подтеканий и механических повреждений корпуса и радиаторных трубопроводов.
Для тех устройств, где не предусмотрено постоянное дежурство персонала, осмотры производятся один раз в месяц. Еще реже — 1 раз в полгода, осматриваются трансформаторные пункты.
В случае необходимости производят доливку масла или его смену, если по данным обследования, оно не удовлетворяет требованиям. Критерием при визуальном осмотре является цвет масла. При наличии аварийных режимов или резкой смены температуры окружающего воздуха производят внеплановые осмотры устройств. При этом проверяется также состояние устройств защиты.
Один раз в год и при капитальных ремонтах производят лабораторный анализ масла.
Необходимость периодического обслуживания устройств регулировки напряжения на силовых трансформаторах вызвана тем, что выполненные из меди или латуни контактные группы окисляются, в связи с чем растет их переходное сопротивление.
Для разрушения пленки окислов два раза в год производят отключение устройства от питания и нагрузки и переводят переключатель через все возможные положения несколько раз, с последующей установкой в необходимое положение. Обычно такие работы производят непосредственно перед сезонными изменениями нагрузки.
2012-2021 г. Все права защищены.
Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
Особенности и основные параметры
Устройство и монтаж силовых трансформаторов предполагает размещение станции на стационарной, специально подготовленной площадке. Фундамент сооружения должен быть прочным. На грунте при этом могут монтироваться катки и рельсы.
Внутри металлического корпуса располагаются электрические установки. Он выполнен в виде герметичного бака. Внутренние системы закрывает крышка. Чаще всего применяются масляные разновидности. Они имеют особые технические характеристики. Внутри короба такого агрегата находится масло специального типа. Оно обладает особыми диэлектрическими качествами. Масло отводит излишнее тепло от деталей системы в процессе повышенной токовой нагрузки. Однако есть и другие варианты охладительных систем.
Основными характеристиками, влияющими на функционирование установки, являются:
- Количество катушек и тип их соединения.
- Мощность.
- Значение напряжения обмоток.
Сегодня в системах обеспечения электричеством различных объектов чаще встречаются агрегаты с двумя трехфазными обмотки. Только для бытовой сети применяются однофазные установки. Трехфазный силовой трансформатор распространен больше в сетях электрокоммуникаций.
Система регулировки бывает двух типов. В первом случае необходимо отключать питание перед проведением настройки, а во втором – нет. Регулировка выполняется со стороны обмотки высоковольтного типа. По ней движется меньший ток. Такой тип регулировки позволяет выполнять точную настройку.
Конструкция, предполагающая отключение нагрузки, проще. Однако ее предел изменения небольшой. Регулировка требует полного отключения прибора от сети.
Устройство и принцип действия силового трансформатора
Электрическая преобразовательная установка или трансформатор напряжения имеет несколько основных конструктивных элементов:
- Корпус – различного типа в зависимости от деталей монтажа может иметь различный конструктив, но его основная задача – надежно содержать в себе, безопасно изолировать от окружающих процессов всю электрическую часть устройства преобразования энергии.
- Первичная обмотка – вход устройства (ввод) – катушка с медными проводниками, определенного количества витков, сечения, типа, внутренняя часть которой связана с внешними контактными выводами, установленными на изоляционной основе. В зависимости от общего функционала трансформатора (повышающий/понижающий тип) к ее контактной части подключаются токопроводящие элементы для дальнейшего проведения процесса трансформации. Обмотка первичного типа, как и вторичного связана (намотана) на конструктивную деталь магнитопровода – обязательная необходимость для выполнения основного процесса трансформации.
- Вторичная обмотка – выходная контактная часть преобразователя. В зависимости от общего функционала оборудования имеет свои особенности и конструктивное исполнение, сечение проводника в своей катушечной намотке.
- Магнитопровод – конструкция из электротехнической шихтованной, прессованной стали, или феррамагнитных материалов, определенного строения и формы, объединяющая своим «телом» обе обмотки. Благодаря его замкнутому контуру, практически реализуются электромагнитные законы, что позволяет выполнять процесс трансформации энергии по классу напряжения.
- Дополнительная элементная база, если масштабировать устройства трансформатора по назначению и сфере применения. К ней относятся все остальные элементы, входящие в состав преобразователя напряжения.
Наиболее наглядно устройство трансформатора напряжения показано на Рисунке 1.
Радиаторы, изоляторы, расширительный бак и остальные дополнительные части могут меняться в зависимости от типа исполнения конкретного электротехнического оборудования.
Подробно объяснить принцип действия преобразователя напряжения легко на основе схемы оборудования:
Имеется первичная, вводная обмотка из намотанных на магнитопровод, как правило медных проводников, на которую подается определенная величина напряжения и вторичная, (вывод) обмотка, с выводных клемм которой производится снятие напряжение, но уже пониженной до требуемого значения величины напряжения. Обе обмотки намотаны на стороны сердечника и не имеют электрической связи между собой. Сердечник, он же магнитопровод, по закону электромагнитной индукции, реализует весь процесс преобразования напряжения в устройстве.
Рисунок 2. Принцип действия трансформатора
Переменный ток (изменяющийся во времени с рабочей частотой в 50Гц) поступает на ввод первичной обмотки и протекает по всем проводникам этой катушки, наводя тем самым со своей стороны сердечника ЭДС. Согласно закону электромагнитной индукции в магнитопроводе наводится и начинает свою циркуляцию магнитный поток определенной величины. Это магнитное поле в ходе кругового движения по сердечнику проходит сквозь проводники вторичной обмотки устройства, которая намотана с противоположной стороны оборудования и наводит там свою ЭДС меньшей величины (пример рассматривает именно понижающий тип устройства). Величина ЭДС вторичной обмотки своим действием создает номинальный ток и величину напряжения на вторичной обмотке, которые снимаются с ее выводных клемм и являются результатом всей работы электропреобразователя.
Изменяя конструкцию сердечника, сечение, тип проводников их количество витков в каждой из обмоток – возможно варьировать принцип действия оборудования используя его, как понижающий узел передачи электро энергии от источника питания к потребителю, повышающий элемент в составе установки «Генератор-Трансформатор-ЛЭП» или передающий элемент, когда необходимо не изменять величину напряжения, а использовать его в системах релейных защит в качестве безопасного устройства, обеспечивающего гальваническую развязку для автоматики и защиты.
Типы и виды трансформаторов
Силовые агрегаты используют в случае преобразования высоковольтного тока и больших мощностей, их не применяют для измерения показателей сети. Установка оправдана в случае разницы между напряжением в сети производителя энергии и цепи, идущей к потребителю. В зависимости от числа фаз станции можно классифицировать как узлы с одной катушкой или многообмоточные устройства.
Однофазный силовой преобразователь устанавливается статически, для него характерны связанные взаимной индукцией обмотки, располагаемые неподвижно. Сердечник выполняется в виде замкнутой рамы, различают нижнее, верхнее ярмо и боковые стержни, где располагаются спирали. Активными элементами выступают катушки и магнитопровод.
Обвивки на стержнях находятся в установленных сочетаниях по числу и форме витков или устраиваются в концентрическом порядке. Наиболее распространена и часто применяется цилиндрическая обвивка. Конструктивные элементы агрегата фиксируют части станции, изолируют проходы между витками, охлаждают части и предупреждают поломки. Продольная изоляция охватывает отдельные витки или их сочетания на сердечнике. Главные диэлектрики используют для предупреждения перехода между заземлением и обмотками.
В схемах трехфазных сетей электричества ставят двухобмоточные и трехобмоточные установки для равномерного распределения нагрузки между входами и выходами или устройства замещения для одной фазы. Трансформаторы с масляным охлаждением содержат магнитопровод с обмотками, которые расположены в баке с веществом.
Обвивки устраиваются на общем проводнике, при этом предусмотрены первичные и вторичные контуры, взаимодействующие благодаря возникновению общего поля, тока или поляризации при перемещении заряженных электронов в магнитной среде. Такая общая индукция затрудняет определение рабочих показателей установки, высокого и низкого напряжения. Используется план замещения трансформатора, при которой обмотки взаимодействуют не в магнитной, а в электрической среде.
Применяется принцип эквивалентности действия рассеивающих потоков работе сопротивлений индуктивных катушек, пропускающих ток. Различают спирали с активным сопротивлением индукции. Второй вид представляет собой магнитосвязанные обвивки, передающие частицы без потоков рассеивания с минимальными препятствующими свойствами.
Watch this video on YouTube
Что такое трансформатор: устройство, принцип работы и назначение
Трансформаторы тока: устройство, принцип действия и типы
Что такое коэффициент трансформации трансформатора?
Устройство, виды и принцип действия асинхронных электродвигателей
Для чего нужен магнитный пускатель и как его подключить
Как сделать катушку Тесла своими руками?
Режимы работы
Холостой ход (ХХ)
Такой порядок работы реализуется от размыкания вторичной сети, после чего в ней прекращается течение электротока. В первичной обмотке течет ток холостого хода, составной его элемент — ток намагничивающий.
Когда вторичный ток равен нулю, электродвижущая сила индукции в первичной обмотке целиком возмещает напряжение питающего источника, а потому при пропаже нагрузочных токов, идущий сквозь первичную обмотку ток по своему значению соответствует току намагничивающему.
Функциональное назначение работы трансформаторов вхолостую — определение их важнейших параметров:
- КПД;
- показателя трансформирования;
- потерь в магнитопроводе.
Режим нагрузки
Режим характеризуется функционированием устройства при подаче напряжения на вводы первичной цепи и подключении нагрузки во вторичной. Нагружающий ток идет по «вторичке», а в первичной — суммарный ток нагрузки и ток холостой работы. Этот режим функционирования считается для прибора преобладающим.
На вопрос, как работает трансформатор в основном режиме, отвечает основной закон ЭДС индукции. Принцип таков: подача нагрузки к вторичной обмотке вызывает образование во вторичной цепи магнитного потока, образующего в сердечнике нагружающий электроток. Направлен он в сторону, противоположную его течению, создающегося первичной обмоткой. В первичной цепи паритет электродвижущих сил поставщика электроэнергии и индукции не соблюдается, в первичной обмотке осуществляется повышение электротока до того времени, пока магнитный поток не вернется к своему исходному значению.
Короткое замыкание (КЗ)
Переход прибора в этот режим осуществляется при кратковременном замыкании вторичной цепи. Короткое замыкание — особый тип нагрузки, прилагаемая нагрузка — сопротивление вторичной обмотки — единственная.
Принцип работы трансформатора в режиме КЗ таков: к первичной обмотке приходит незначительное переменное напряжение, выводы вторичной соединяются накоротко. Напряжение на входе устанавливается с таким расчетом, чтобы величина замыкающего тока соответствовала величине номинального электротока устройства. Величина напряжения определяет энергопотери, приходящиеся на разогрев обмоток, а также на активное сопротивление.
Такой режим характерен для приборов измерительного типа.
Исходя из многообразия устройств и видов назначения трансформаторов, можно с уверенностью сказать, что на сегодня они — незаменимые, использующиеся практически повсеместно устройства, благодаря которым обеспечивается стабильность и достижение необходимых потребителю значений напряжения, как гражданских сетей, так и сетей предприятий промышленности.
Включение трансформаторов на параллельную работу
Стоит отличать данный режим (1 на рисунке ниже — трансформаторы подключены к общим шинам как со стороны ВН, так и со стороны НН) от другого, когда подключение к общим шинам есть только с высокой стороны (2 на рисунке, совместная работа), то есть к секции 10кВ подключены два транса, а с низкой стороны каждый из них питает свою секцию 0,4кВ.
Если отключается один из Т (1 на рис.), то на втором происходит перегрузка, но все механизмы остаются в работе. Если же отключается один из трансов (2 на рис.) — то нагрузка либо отключается, либо переходит на резервный источник питания по АВР.
Ну и естественно расчет схем замещения для данных случаев будет разным:
- 1 — складываем // сопротивления двигателей, затем складываем // иксы трансформаторов, а затем последовательно первое со вторым
- 2 — суммируем ветви (двигатель плюс трансформатор), затем полученные иксы складываем параллельно
Далее буду рассматривать только схему под цифрой 1 на рисунке. Для чего же может применятся параллельная работа трансформаторов:
- повышается надежность, так как при выходе из строя одного из трансов, потребитель не лишается энергии.
- резервная мощность параллельно включенных трансформаторов будет больше, чем у одного большого
- при сезонных снижениях нагрузки (зимой больше нагрузки, летом меньше) возможно отключение одного из нескольких. При этом будет обеспечен более экономичный режим работы, так как уменьшаться потери холостого хода
Все плюсы улетучиваются, если установлено два транса по причине нехватки мощности одного из-за роста нагрузки например.
Условия параллельной работы:
- Равенство номинальных напряжений первичных и вторичных обмоток. Следовательно и одинаковое число витков первичных и вторичных обмоток для всех параллельно работающих трансформаторов. Так же перед включением необходимо проверять положения ПБВ и РПН. Если всё подобрано правильно то не должны возникать уравнительные токи. Они возникают из-за неравенства коэффициентов трансформации и текут даже в режиме холостого хода. Воспользовавшись схемой аналогичной схеме замещения ТТ, можно вывести формулу уравнительного тока:
В данной формуле U’, U»; I’, I» — напряжения и токи первого и второго;
uk1, uk2 — напряжения короткого замыкания в процентах;
Избавиться от уравнительного тока можно либо переключив устройства регулировки в нужное положение, либо, устроив ремонт, добиться одного числа намотанных витков.
Равенство напряжений короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания — такое напряжение, которое необходимо подать в одну из обмоток при замкнутой второй, чтобы в обеих тек номинальный ток. Данное условие необходимо выполнять потому, что отношение uk пропорционально распределению нагрузок и токов.
Принадлежность к одной группе присоединения
Отношение максимальной мощности к минимальной параллельно работающих трансформаторов должно быть не более 3 к 1. Если отношение мощности будет больше трех, то перегрузка меньшего из Тр может быть больше допустимой и целесообразнее будет вообще его отключить.
По ГОСТ 11677-85 ни одна из обмоток не должна быть перегружена током больше допустимого для данной обмотки
Если имеется РПН, то окончание переключения ответвлений должно происходить практически одновременно у всей группы. Трансформаторы с РПН мощностью ниже 1000кВА не предназначены для параллельной работы
Число параллельно работающих трансформаторов выбирается исходя из условия наименьших суммарных потерь холостого хода и нагрузочных потерь всех машин.
Первичные и вторичные обмотки соединяются параллельно. При отключении одного, на втором Т возникает перегрузка, которая должна быть учтена при отстройке уставки МТЗ.
На // подключенных т мощностью 4 МВА и выше должна устанавливаться ДЗТ. Она производит быстрое и селективное срабатывание, отключая только поврежденное оборудование. В случае с МТЗ, при аварии со стороны НН могут отключиться оба трансформатора за счет равенства выдержек времени.
Для более глубокого погружения в данный вопрос рекомендую прочитать книгу Г.В. Алексенко — Параллельная работа трансформаторов и автотрансформаторов (Трансформаторы, вып. 17) — 1967 года.
Область применения сухих трансформаторов
Современные технологии пока не позволяют использовать только твёрдые изоляционные материалы при производстве трансформаторов на напряжение свыше 35 кВ, что несколько сужает сферу использования сухих трансформаторов. Тем не менее, существует ряд областей, в которых их присутствие постоянно увеличивается:
- внутрицеховые подстанции крупных промышленных предприятий, обеспечивающие электроснабжение отдельных производственных комплексов;
- тяговые подстанции, снабжающие энергией наземный транспорт с электроприводом;
- электроснабжение объектов различного назначения, отличающихся повышенными требованиями к пожарной безопасности.
Применение сухих трансформаторов в химической, металлургической, нефтегазовой областях имеет ряд преимуществ. Электрооборудование такого типа может располагаться в непосредственной близости от питаемых технологических установок. Благодаря низкой пожароопасности таких электроустановок снижаются требования к наличию систем автоматического пожаротушения, что приносит существенную экономию.
Компания «ЭНЕРГОПРОМ – АЛЬЯНС» предлагает широкий спектр сухих трансформаторов любого исполнения и класса напряжения до 35 кВ собственного производства, а также готовые решения в области проектирования и строительства электроподстанций.
Мы осуществляем доставку электрооборудования по всей территории Российской Федерации.
Для заказа сухого трансформатора или консультации свяжитесь с нашим специалистом, воспользовавшись любым из представленных на сайте контактов.
Область применения
Рис. 7. Практическое применение сухих трансформаторов В виду повсеместного использования электрической энергии для всех производственных и технологических процессов сухие трансформаторы, как высоковольтные преобразователи имеют довольно широкое применение. Их используют для электроснабжения систем наземного электрифицированного транспорта, тяговых и трансформаторных подстанций, питания производственных цехов. Кроме промышленного сектора сухие агрегаты используются в сельскохозяйственной отрасли, для торговых комплексов, курортных баз и поселков. В быту они применяются для электропитания многоквартирных домов, школ и дошкольных заведений.
Область применения слаботочных сухих трансформаторов малой мощности практически ничем не ограничена. Это всевозможные бытовые приборы, устройства и приспособления малой механизации, преобразователи и сварочное оборудование.
Классификация по видам
Силовые
Силовой трансформатор переменного электротока — это прибор, использующийся в целях трансформирования электроэнергии в подводящих сетях и электроустановках значительной мощности.
Необходимость в силовых установках объясняется серьезным различием рабочих напряжений магистральных линий электропередач и городских сетей, приходящих к конечным потребителям, требующимся для функционирования работающих от электроэнергии машин и механизмов.
Автотрансформаторы
Устройство и принцип работы трансформатора в таком исполнении подразумевает прямое сопряжение первичной и вторичной обмоток, благодаря этому одновременно обеспечивается их электромагнитный и электрический контакт. Обмотки устройств имеют не менее трех выводов, отличающихся своим напряжением.
Основным достоинством этих приборов следует назвать хороший КПД, потому как преобразуется далеко не вся мощность — это значимо для малых расхождениях напряжений ввода и вывода. Минус — неизолированность цепей трансформатора (отсутсвтие разделения) между собой.
Трансформаторы тока
Данным термином принято обозначать прибор, запитанный непосредственно от поставщика электроэнергии, применяющийся в целях понижения первичного электротока до подходящих значений для использующихся в измеряющих и защитных цепях, сигнализации, связи.
Первичная обмотка трансформаторов электротока, устройство которых предусматривает отсутствие гальванических связей, подключается к цепи с подлежащим определению переменным электротоком, а электроизмерительные средства подсоединяются к вторичной обмотке. Текущий по ней электроток примерно соответствует току первичной обмотки, поделенному на коэффициент трансформирования.
Трансформаторы напряжения
Назначение этих приборов — снижение напряжения в измеряющих цепях, автоматики и релейной защиты. Такие защитные и электроизмерительные цепи в устройствах различного назначения отделены от цепей высокого напряжения.
Импульсные
Данные виды трансформаторов необходимы для изменения коротких по времени видеоимпульсов, как правило, имеющих повторение в определенном периоде со значительной скважностью, с приведенным к минимуму изменением их формы. Цель использования — перенос ортогонального электроимпульса с наиболее крутым срезом и фронтом, неизменным показателем амплитуды
Главным требованием, предъявляющимся к приборам данного типа, является отсутствие искажений при переносе формы преобразованных импульсов напряжения. Действие на вход напряжения какой-либо формы обуславливает получение на выходе импульса напряжения идентичной формы, но, вероятно, с другим диапазоном либо измененной полярностью.
Разделительные
Что такое трансформатор разделительный становится понятно исходя из самого определения — это прибор с первичной обмоткой, не связанной электрически (т.е. разделенной) с вторичными.
Существует два типа таких устройств:
- силовые;
- сигнальные.
Силовые применяются с целью улучшения надежности электросетей при непредвиденном синхронном соединении с землей и токоведущими частями, либо элементами нетоковедущими, оказавшимися из-за нарушения изоляции под напряжением.
Сигнальные применяются в целях обеспечения гальванической развязки электроцепей.
Согласующие
Как работает трансформатор данного вида также понятно из его названия. Согласующими называются приборы, применяющиеся с целью согласования между собой сопротивления отдельных элементов электросхем с приведенным к минимуму изменением формы сигнала. Также устройства такого типа используются для исключения гальванических взаимодействий между отдельными частями схем.
Пик-трансформаторы
Принцип действия пик-трансформаторов базируется на преобразование характера напряжения, от входного синусоидального в импульсное. Полярность после перехода изменяется по прошествии половины периода.
Сдвоенный дроссель
Его азначение, устройство и принцип действия, как трансформатора, абсолютно идентичны приборам с парой подобных обмоток, которые, в данном случае, абсолютно одинаковы, намотанны встречно или согласованно.
Также часто можно встретить такое наименование данного устройства, как встречный индуктивный фильтр. Это говорит о сфере применения прибора – входная фильтрация напряжения в блоках питания, звуковой технике, цифровых приборах.
Охлаждение
В обмотке и сердечнике трансформатора наблюдаются потери энергии, в результате которых выделяется тепло. В связи с этим трансформатору требуется охлаждение. Некоторые маломощные трансформаторы отдают свое тепло в окружающую среду, при этом температура установившегося режима не влияет на работу трансформатора. Такие трансформаторы называют “сухими”, т.е. с естественным воздушным охлаждением. Но при средних и больших мощностях, воздушное охлаждение не справляется, вместо него применяют жидкостное, а точнее масляное. В таких трансформаторах обмотка и магнитопровод помещены в бак с трансформаторным маслом, которое усиливает электрическую изоляцию обмоток от магнитопровода и одновременно служит для их охлаждения. Масло принимает теплоту от обмоток и магнитопровода и отдает ее стенкам бака, с которых тепло рассеивается в окружающую среду. При этом слои масла имеющие разницу в температуре циркулируют, что улучшает теплообмен. Трансформаторам с мощностью до 20-30 кВА хватает охлаждения бака с гладкими стенками, но при больших мощностях устанавливаются баки с гофрированными стенками. Также нужно учитывать что при нагреве масло имеет свойство увеличиваться в объеме, поэтому в высокомощных трансформаторах устанавливают резервные баки и выхлопные трубы (в случае если масло закипит, появятся пары которым нужен выход). В трансформаторах меньшей мощности ограничиваются тем, что масло не заливают до самой крышки.