Aufbau und Funktionsweise von Leistungstransformatoren

Ein elektrisches Gerät mit zwei, drei oder mehr Wicklungen, das statisch in einem Stromnetz installiert ist. Ein Leistungstransformator variiert die Wechselspannung und den Strom ohne Frequenzabweichung. Der in der Sekundärstromversorgung verwendete Wandler wird als Abwärtswandler bezeichnet. Booster-Strukturen erhöhen die Spannung und werden in Hochspannungsleitungen mit hoher Leistung, Kapazität und Kapazität eingesetzt.

Anwendungen

Leistungstransformatoren sind Teil der Ausrüstung, die zur Stromerzeugung verwendet wird. Kraftwerke arbeiten mit atomarer, fossiler, fester oder flüssiger Energie, werden mit Gas betrieben oder nutzen Wasserkraft, aber die Transformatoren der Umspannwerke sind für das normale Funktionieren der Verbraucher- und Produktionslinien unerlässlich.

Die Einheiten werden in den Netzen von Industrieanlagen, ländlichen Betrieben, Verteidigungskomplexen, Öl- und Gaserschließungen installiert. Der unmittelbare Zweck eines Leistungstransformators - das Senken und Erhöhen von Spannung und Stromstärke - wird für den Betrieb von Verkehrs-, Wohnungs- und gewerblichen Infrastrukturen sowie von Netzverteilungsanlagen genutzt.

Hauptteile und Systeme

Die Versorgungsspannung und die Last werden an Durchführungen angeschlossen, die sich auf einem inneren oder äußeren Klemmenblock befinden. Der Kontakt wird mit Bolzen oder speziellen Verbindern befestigt. Bei ölgefüllten Geräten sind die Buchsen außen an den Seiten des Tanks oder am Deckel des abnehmbaren Gehäuses angeordnet.

Die Übertragung von den inneren Wicklungen erfolgt über flexible Dämpfer oder Gewindestangen aus Nichteisenmetallen. Die Leistungstransformatoren und ihre Gehäuse sind mit einer Porzellan- oder Kunststoffschicht gegen die Bolzen isoliert. Lücken werden durch Dichtungen aus öl- und flüssigkeitsbeständigem Material geschlossen.

Die Kühler reduzieren die Temperatur des Öls aus dem oberen Tankbereich und leiten sie an die seitliche Bodenschicht weiter. Die Kühleinheit eines ölbefeuerten Leistungstransformators wird durch dargestellt:

• ein externer Kreislauf, der dem Medium Wärme entzieht;
• Ein interner Kreislauf, der das Öl erhitzt.

Es gibt verschiedene Arten von Kühlboxen:

• Heizkörper - eine Reihe von flachen Kanälen am Ende geschweißt, in Platten angeordnet, um zwischen den unteren und oberen Verteilern zu verbinden;
• gewellte Tanks - sie werden in Einheiten niedriger und mittlerer Leistung installiert und sind sowohl der Temperatursenkungsbehälter als auch der Arbeitsbehälter mit gefalteten Wänden und Bodenkasten;
• Ventilatoren - sie werden in großen Transformatoreneinheiten zur Zwangskühlung des Luftstroms eingesetzt;
• Wärmetauscher - werden in großen Anlagen eingesetzt, um synthetische Flüssigkeiten mit Hilfe einer Pumpe zu transportieren, da die Organisation des natürlichen Kreislaufs viel Platz benötigt;
• Wasser-Öl-Aggregate - Röhrenwärmetauscher mit klassischer Technologie;
• Umwälzpumpen - hermetisch abgedichtete Ausführungen mit vollständig eingetauchtem Motor ohne Stopfbuchspackung.

Spannungswandler sind mit Reglern ausgestattet, um die Anzahl der Betriebsspulen zu verändern. Die Sekundärspannung wird mittels eines Schalters auf die Anzahl der Spulen geändert oder mittels einer Schraubverbindung mit der Wahl der Steckbrückenanordnung eingestellt. So werden die Leitungen eines geerdeten oder stromlosen Transformators angeschlossen. Steuermodule wandeln Spannungen in kleinen Bereichen um.

Je nach den Bedingungen werden die Spannungsregler in verschiedene Typen unterteilt:

• Geräte, die bei ausgeschalteter Last arbeiten;
• Elemente, die funktionieren, wenn die Sekundärwicklung mit einem Widerstand kurzgeschlossen ist.

Anlage

Das Gasrelais befindet sich in der Verbindungsleitung zwischen Ausdehnungs- und Betriebsbehälter. Das Gerät verhindert die Zersetzung von isolierenden organischen Stoffen, Öl bei Überhitzung und kleinere Schäden an der Anlage. Das Gerät reagiert auf Gasbildung bei Störungen, gibt Alarm oder schaltet das System bei Kurzschluss oder gefährlich niedrigem Flüssigkeitsstand komplett ab.

Zur Messung der Temperatur werden Thermoelemente oben auf dem Tank in Taschen angebracht. Sie arbeiten nach dem Prinzip der mathematischen Berechnung, um den wärmsten Teil des Geräts zu ermitteln. Moderne Sensoren basieren auf Glasfasertechnologie.

Die kontinuierliche Regenerationsanlage wird zur Ölrückgewinnung und -reinigung eingesetzt. Es entsteht eine Schlacke im Öl, und Luft dringt in das Öl ein. Es gibt zwei Arten von Regenerationseinheiten:

• Thermosiphonanlagen, die die natürliche Aufwärtsbewegung der erhitzten Schichten nutzen und die abgekühlten Ströme durch einen Filter auf den Boden des Tanks absenken;
• Qualitäts-Adsorptionsanlagen drücken das Öl mit einer Pumpe durch die Filter, sind separat auf dem Fundament angebracht und werden in überdimensionierten Umrichterkreisläufen eingesetzt.

Die Ölschutzmodule sind ein offenes Ausdehnungsgefäß. Die Luft oberhalb der Masseoberfläche wird durch Silikagel-Trockenmittel geleitet. Bei maximaler Luftfeuchtigkeit färbt sich das Adsorptionsmittel rosa, was als Signal zum Austausch dient.

Oben auf dem Expander ist ein Öldichtring installiert. Dies ist ein Gerät zur Reduzierung der Luftfeuchtigkeit, das mit Transformator-Trockenöl betrieben wird. Er wird über eine Steckdose mit dem Ausdehnungsgefäß verbunden. Oben ist ein Gefäß aufgeschweißt, das innen durch mehrere Wände labyrinthförmig getrennt ist. Die Luft strömt durch das Öl, entzieht ihm die Feuchtigkeit, wird dann mit Silikagel gereinigt und fließt in den Ölkonservator.

Steuergeräte

Die Druckentlastungsvorrichtung verhindert im Notfall einen Druckstoß aufgrund eines Kurzschlusses oder einer starken Ölzersetzung und ist bei der Konstruktion von Schwerlastaggregaten gemäß GOST 11677-1975 vorgesehen. Die Vorrichtung ist als ein zum Transformatordeckel hin geneigtes Abflussrohr ausgeführt. Am Ende befindet sich eine versiegelte Membrane, die sofort herausgeklappt werden kann und die Abgase durchlässt.

Darüber hinaus sind im Transformator weitere Module installiert:

1. Die Ölstandssensoren im Tank, die mit einer Skala oder in Form eines Glasrohrs mit kommunizierenden Gefäßen ausgestattet sind, befinden sich am Ende des Expanders.
2. Die eingebauten Transformatoren befinden sich im Inneren des Geräts oder in der Nähe des Erdungsschlauchs an der Seite von Durchführungen oder auf Niederspannungssammelschienen. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit für eine große Anzahl separater Wechselrichter in der Unterstation mit interner und externer Isolierung.
3. Der Detektor für brennbare Verunreinigungen und Gase spürt Wasserstoff in der Ölmasse auf und presst ihn durch die Membran heraus. Das Gerät zeigt den anfänglichen Grad der Begasung an, bevor das konzentrierte Gemisch das Überwachungsrelais zum Ansprechen bringt.
4. Der Durchflussmesser überwacht den Ölverlust in Umspannwerken, die nach dem Prinzip der erzwungenen Temperaturabsenkung arbeiten. Das Gerät misst die Höhendifferenz und ermittelt den Druck auf beiden Seiten des entstehenden Hindernisses im Durchfluss. Bei wassergekühlten Geräten zeigen die Durchflussmesser den Feuchtigkeitsverbrauch an. Die Elemente sind mit einem Alarm im Falle einer Störung und einer Skala zum Ablesen der Werte ausgestattet.

Funktionsprinzip und Arbeitsweise

Der einfache Transformator ist mit einem Kern aus Permalloy, Ferrit und zwei Wicklungen ausgestattet. Der Magnetkreis besteht aus einer Reihe von Band-, Platten- oder Formelementen. Er bewegt den durch Elektrizität erzeugten magnetischen Fluss. Das Prinzip eines Leistungstransformators besteht darin, Strom- und Spannungswerte durch Induktion umzuwandeln, wobei die Frequenz und Form der geladenen Teilchen konstant bleibt.

Bei Aufwärtstransformatoren liegt an der Sekundärwicklung eine höhere Spannung an als an der Primärspule. Bei Abwärtswandlern ist die Eingangsspannung höher als die Ausgangsspannung. Die Spule mit den Spiralwindungen wird in den Ölbehälter gelegt.

Wenn der Wechselstrom eingeschaltet wird, entsteht in der Primärspule ein magnetisches Wechselfeld. Er schließt sich auf dem Kern und beeinflusst den Sekundärkreislauf. Es wird eine elektromotorische Kraft erzeugt, die am Ausgang des Transformators auf die angeschlossenen Verbraucher übertragen wird. Es gibt drei Betriebsmodi:

1. Der Leerlauf ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule offen ist und kein Strom in den Wicklungen fließt. Im Leerlauf fließt in der Primärspule Strom in Höhe von 2-5 % des Nennwerts.
2. Der Lastbetrieb findet bei angeschlossener Stromversorgung und Verbrauchern statt. Leistungstransformatoren weisen Energie in zwei Wicklungen auf, der Betrieb in dieser Regelung ist für das Gerät üblich.
3. Kurzschluss, bei dem der Widerstand der Sekundärspule die einzige Last ist. In diesem Modus können Verluste erkannt werden, um die Kernwicklungen aufzuwärmen.

Leerlaufmodus

Der Strom in der Primärspule ist gleich dem magnetisierenden Wechselstrom und der Sekundärstrom ist gleich Null. Im Falle eines ferromagnetischen Kerns ersetzt die elektromotorische Kraft der Primärspule die Quellenspannung vollständig, und es gibt keine Lastströme. Der Leerlaufbetrieb offenbart momentane Schaltverluste und Wirbelströme und bestimmt die Blindleistungskompensation zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Ausgangsspannungen.

In einem Gerät ohne ferromagnetischen Leiter gibt es keinen Verlust durch Magnetfeldänderung. Der Leerlaufstrom ist proportional zum Widerstand der Primärwicklung. Die Fähigkeit, dem Durchgang geladener Elektronen zu widerstehen, wird durch Änderung der Stromfrequenz und der Größe der Induktion verändert.

Kurzschlussbetrieb

An die Primärspule wird eine kleine Wechselspannung angelegt, die Ausgänge der Sekundärspule werden kurzgeschlossen. Die Eingangsspannung wird so eingestellt, dass der Kurzschlussstrom dem berechneten oder dem Nennwert des Geräts entspricht. Die Größe der Kurzschlussspannung bestimmt die Verluste in den Transformatorspulen und die Durchflussmenge gegen das Leitermaterial. Ein Teil des Gleichstroms überwindet den Widerstand und wird in Wärmeenergie umgewandelt, der Kern erwärmt sich.

Die Kurzschlussspannung wird als Prozentsatz des Nennwerts berechnet. Der in dieser Betriebsart ermittelte Parameter ist ein wichtiges Merkmal des Geräts. Multipliziert man ihn mit dem Kurzschlussstrom, erhält man die Verlustleistung.

Betriebsart

Wenn eine Last angeschlossen wird, entsteht im Sekundärkreis eine Teilchenbewegung, die einen magnetischen Fluss im Leiter verursacht. Er ist in die entgegengesetzte Richtung des von der Primärspule erzeugten Flusses gerichtet. In der Primärspule kommt es zu einer Fehlanpassung zwischen der elektromotorischen Kraft der Induktion und der Stromversorgung. Der Strom in der Primärspule steigt an, bis das Magnetfeld seinen Ausgangswert erreicht hat.

Der magnetische Fluss des Induktionsvektors kennzeichnet den Durchgang des Feldes durch eine ausgewählte Fläche und wird durch das Zeitintegral des momentanen Kraftindexes in der Primärspule bestimmt. Der Index ist im Verhältnis zur treibenden Kraft um 90˚ phasenverschoben. Die induzierte EMK im Sekundärkreis hat die gleiche Form und Phase wie die in der Primärspule.

Arten und Typen von Transformatoren

Leistungseinheiten werden bei der Umwandlung von Starkstrom und bei großen Leistungen eingesetzt, sie werden nicht für die Netzzählung verwendet. Die Installation ist gerechtfertigt, wenn die Spannung im Netz des Energieerzeugers und in dem zum Verbraucher führenden Stromkreis unterschiedlich ist. Je nach Anzahl der Phasen werden die Anlagen in Einspulanlagen oder Mehrspulanlagen unterteilt.

Ein einphasiger Stromrichter ist statisch installiert und zeichnet sich durch gegeneinander induktiv gekoppelte Wicklungen aus, die stationär sind. Der Kern ist als geschlossener Rahmen ausgeführt und unterscheidet zwischen einem unteren Joch, einem oberen Joch und seitlichen Spulenstäben. Die aktiven Elemente sind die Spulen und der Magnetkreis.

Die Wicklungen auf den Stäben sind in vorgeschriebenen Kombinationen hinsichtlich der Anzahl und Form der Windungen oder in konzentrischer Anordnung angeordnet. Zylindrische Umhüllungen sind die gängigsten und am häufigsten verwendeten. Die Strukturelemente der Einheit fixieren die Stationsteile, isolieren die Durchgänge zwischen den Spulen, kühlen die Teile und verhindern Brüche. Die Längsisolierung umfasst einzelne Spulen oder Kombinationen von Spulen auf dem Kern. Die Hauptdielektrika werden verwendet, um den Übergang zwischen der Erde und den Wicklungen zu verhindern.

In dreiphasigen Stromkreisen werden Zwei- und Dreiwickler verwendet, um die Last gleichmäßig auf die Ein- und Ausgänge zu verteilen, oder einphasige Substitutionsgeräte. Ölgekühlte Transformatoren enthalten einen Magnetkern mit Wicklungen, die sich in einem Behälter mit einer Substanz befinden.

Die Wicklungen sind auf einem gemeinsamen Leiter angeordnet, mit Primär- und Sekundärkreisen, die durch die Erzeugung eines gemeinsamen Feldes, Stroms oder einer Polarisation interagieren, wenn sich geladene Elektronen in einer magnetischen Umgebung bewegen. Diese gemeinsame Induktion macht es schwierig, die Leistung der Anlage, Hoch- und Niederspannung zu bestimmen. Es wird ein Transformator-Ersatzplan verwendet, bei dem die Wicklungen in einer elektrischen und nicht in einer magnetischen Umgebung interagieren.

Das Äquivalenzprinzip wird auf die Verlustströme der Widerstände von stromdurchflossenen Induktionsspulen angewendet. Es wird unterschieden zwischen Spulen mit aktivem Induktionswiderstand. Die zweite Art sind magnetisch gekoppelte Spulen, die Partikel ohne Streufluss mit minimalen störenden Eigenschaften übertragen.

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