A teljesítménytranszformátorok kialakítása és működési elve

Két, három vagy több tekercseléssel rendelkező elektromos készülék, amely statikusan van beépítve egy elektromos hálózatba. A teljesítménytranszformátor frekvenciaeltérés nélkül változtatja a váltakozó feszültséget és áramot. A másodlagos tápegységben használt átalakítót lefokozó készüléknek nevezik. Az erősítőszerkezetek növelik a feszültséget, és nagy teljesítményű, nagy kapacitású és kapacitású nagyfeszültségű távvezetékekben használják őket.

Alkalmazások

A teljesítménytranszformátorok az áramtermeléshez használt berendezések részét képezik. Az erőművek atomenergiát, fosszilis, szilárd vagy folyékony tüzelőanyagokat használnak, gázzal működnek vagy vízenergiát használnak, de az alállomások kimeneti transzformátorai elengedhetetlenek a fogyasztói és termelési vonalak normális működéséhez.

Az egységeket ipari üzemek, vidéki vállalkozások, védelmi komplexumok, olaj- és gázipari fejlesztések hálózatába telepítik. A transzformátorok közvetlen célja - a feszültség és az áram csökkentése és emelése - a közlekedés, a lakásépítés, a kereskedelmi infrastruktúra és a hálózati elosztó létesítmények működtetésére szolgál.

Főbb alkatrészek és rendszerek

A tápfeszültség és a terhelés egy belső vagy külső csatlakozóblokkban található perselyekhez van csatlakoztatva. Az érintkezőt csavarokkal vagy speciális csatlakozókkal rögzítik. Az olajjal töltött egységeknél a perselyek kívül, a tartály oldalán vagy a kivehető ház fedelén helyezkednek el.

A belső tekercsekből történő átvitelt rugalmas csillapítók vagy színesfémből készült menetes rudak végzik. A teljesítménytranszformátorok és burkolataik porcelán- vagy műanyagréteggel vannak szigetelve a csapoktól. A hézagokat az olajjal és szintetikus folyadékokkal szemben ellenálló anyagból készült tömítések szüntetik meg.

A hűtők csökkentik az olaj hőmérsékletét a felső tartály területéről, és átadják azt az oldalsó alsó rétegnek. Az olajtüzelésű teljesítménytranszformátor hűtőegységét a következők képviselik:

• egy külső áramkör, amely eltávolítja a hőt a közegből;
• Belső áramkör, amely felmelegíti az olajat.

Különböző típusú hűtők léteznek:

• radiátorok - a végén hegesztett lapos csatornák sorozata, lemezekbe rendezve, hogy kommunikáljanak az alsó és a felső gyűjtőcső között;
• hullámos tartályok - kis és közepes teljesítményű egységekben vannak beépítve, és egyszerre jelentik a hőmérsékletcsökkentő tartályt és a hajtogatott falú, alsó dobozos munkatartályt;
• ventilátorok - ezeket nagy transzformátoregységekben használják a légáram kényszerített hűtésére;
• hőcserélők - nagy egységekben használják a szintetikus folyadékok szivattyúval történő mozgatására, mivel a természetes keringés megszervezése sok helyet igényel;
• víz-olaj egységek - klasszikus technológiájú csőhőcserélők;
• Keringtető szivattyúk - hermetikusan zárt kivitelek, teljesen vízbe merített motorral, tömítés nélkül.

A feszültségátalakító berendezéseket szabályozókkal szerelik fel a működő tekercsek számának megváltoztatására. A szekunder feszültséget a tekercsek számának kapcsolójával módosítják, vagy egy csavaros csatlakozással állítják be a jumper elrendezés választásával. Így csatlakoznak a földelt vagy feszültségmentes transzformátor vezetékei. A vezérlőmodulok kis tartományokban alakítják át a feszültségeket.

A feltételektől függően a feszültségszabályozókat típusokra osztják:

• olyan egységek, amelyek a terhelés kikapcsolt állapotában működnek;
• olyan elemek, amelyek akkor működnek, ha a szekunder tekercs ellenállással rövidre van zárva.

Melléklet

A gázrelé a tágulási és az üzemi tartályok közötti csatlakozóvezetékben található. A készülék megakadályozza a szigetelő szerves anyagok bomlását, az olaj túlmelegedését és a rendszer kisebb károsodását. A készülék meghibásodás esetén reagál a gázképződésre, riasztást ad, vagy rövidzárlat vagy veszélyesen alacsony folyadékszint esetén teljesen leállítja a rendszert.

A hőmérséklet mérésére a tartály tetején zsebekben termoelemeket helyeznek el. A matematikai számítás elve alapján dolgoznak az egység legmelegebb részének azonosításán. A modern érzékelők száloptikai technológián alapulnak.

A folyamatos regeneráló egységet az olaj visszanyerésére és tisztítására használják. Ez salakot és levegőt termel az olajtömegben. Kétféle regenerációs egység létezik:

• termoszifon egységek, amelyek a felmelegedett rétegek természetes felfelé irányuló mozgását használják ki, és egy szűrőn keresztül haladnak át, a lehűlt áramlatok ezt követő leeresztését a tartály aljára;
• A minőségi adszorpciós egységek szivattyúval kényszerítik át az olajat a szűrőkön, különállóan helyezkednek el az alapzaton, és túlméretezett átalakító körfolyamatokban használják őket.

Az olajvédelmi modulok nyitott típusú tágulási tartályok. A levegő a tömeg felszíne felett szilikagél szárítóanyagokon keresztül áramlik. Az adszorbens a maximális páratartalomnál rózsaszínűvé válik, ami jelzésként szolgál a cseréjére.

A tágító tetejére egy olajtömítés van felszerelve. Ez egy légnedvesség-csökkentő berendezés, amely transzformátor száraz olajjal működik. A tágulási tartályhoz egy csatlakozóaljzat segítségével csatlakozik. Egy edényt hegesztenek a tetejére, amelynek belső elválasztása több labirintus alakú fal formájában történik. A levegő átáramlik az olajon, elszívja a nedvességet, majd szilikagéllel megtisztítva az olajkonzerválóba áramlik.

Vezérlőberendezések

A nyomáscsökkentő berendezés megakadályozza a rövidzárlat vagy az olaj súlyos bomlása miatti vészhelyzeti nyomásemelkedést, és a GOST 11677-1975 szabványnak megfelelően a nagy teherbírású egységek kialakításánál van előírva. A készüléket a transzformátor burkolata felé lejtő kiömlőcsőnek tervezték. A végén van egy tömített membrán, amely azonnal kihajtható, és átengedi a kipufogógázt.

Ezenkívül más modulokat is telepítenek a transzformátorba:

1. A tartályban lévő, tárcsával ellátott vagy összekötő edényekből álló üvegcső alakú olajszintérzékelők a tágító végén helyezkednek el.
2. A beépített transzformátorokat a készülék belsejében vagy a földelőtömlő közelében, a perselyek oldalán vagy a kisfeszültségű gyűjtősíneken helyezik el. Ebben az esetben nincs szükség nagyszámú különálló inverterre az alállomásban, belső és külső szigeteléssel.
3. Az éghető szennyeződések és gázok érzékelője érzékeli a hidrogént az olajtömegben, és a membránon keresztül kipréseli azt. A készülék mutatja a gázosodás kezdeti mértékét, mielőtt a koncentrált keverék hatására a felügyeleti relé működésbe lép.
4. Az áramlásmérő az alállomásokban a hőmérséklet kényszerű csökkentésének elvén működő olajveszteséget figyeli. A készülék méri a nyomáskülönbséget és meghatározza a nyomást az áramlásban felmerülő akadály mindkét oldalán. A vízhűtéses egységekben az áramlásmérők a nedvességfogyasztást olvassák le. Az elemek hiba esetén riasztóval és az értékek leolvasására szolgáló tárcsával vannak ellátva.

Működési elv és működési módok

Az egyszerű transzformátor permalloy, ferrit maggal és két tekercseléssel van felszerelve. A mágneses áramkör szalag-, lemez- vagy öntött elemekből áll. Az elektromosság által generált mágneses fluxust mozgatja. A teljesítménytranszformátor elve az áram- és feszültségértékek indukcióval történő átalakítása, miközben a töltött részecskék frekvenciája és alakja állandó marad.

A fokozattranszformátorokban az áramkörben a primer tekercshez képest magasabb szekunder feszültség van. A visszalépő egységeknél a bemeneti feszültség nagyobb, mint a kimeneti feszültség. A spirális tekercselésű tekercset az olajtartályba helyezzük.

A váltakozó áram bekapcsolásakor a primer tekercsben váltakozó mágneses mező keletkezik. A magon záródik, és befolyásolja a szekunder áramkört. Elektromotoros erő keletkezik, amely a transzformátor kimenetén átadódik a csatlakoztatott fogyasztóknak. Három működési mód létezik:

1. Az üresjáratot a szekunder tekercs nyitott állapota és a tekercsekben folyó áram hiánya jellemzi. A primer tekercsben a névleges érték 2-5%-ával áramlik az üresjárati áram.
2. A terhelés működése a tápegység és a fogyasztók csatlakoztatásával történik. A teljesítménytranszformátorok két tekercsben mutatják az energiát, az egységnek ebben a szabályozásban való működése közös.
3. Rövidzárlat, amelyben a szekunder tekercs ellenállása marad az egyetlen terhelés. Az üzemmód lehetővé teszi a veszteségek észlelését a magtekercsek felmelegítéséhez.

Üresjárati üzemmód

A primer tekercsben lévő áram egyenlő a mágnesező váltakozó árammal, a szekunder áram pedig nullát mutat. Ferromágneses mag esetén a primer tekercs elektromotoros ereje teljesen helyettesíti a forrásfeszültséget, és nincsenek terhelőáramok. A terhelés nélküli működés feltárja a pillanatnyi kapcsolási veszteségeket és az örvényáramokat, meghatározza a reaktív teljesítmény-kompenzációt a szükséges kimeneti feszültségek fenntartása érdekében.

A ferromágneses vezető nélküli egységben nincs mágneses térváltozási veszteség. Az üresjárati áram arányos a primer tekercs ellenállásával. A töltött elektronok áthaladásának ellenállóképességét az áram frekvenciájának és az indukció méretének változtatásával alakítjuk át.

Rövidzárlatos működés

A primer tekercsre kis váltakozó feszültséget kapcsolunk, a szekunder tekercs kimenetei rövidre záródnak. A bemeneti feszültséget úgy kell beállítani, hogy a rövidzárlati áram megfeleljen a készülék számított vagy névleges értékének. A rövidzárlati feszültség nagysága határozza meg a transzformátor tekercsekben fellépő veszteségeket és a vezetőanyaggal szembeni áramlási sebességet. Az egyenáram egy része legyőzi az ellenállást és hőenergiává alakul, a mag felmelegszik.

A rövidzárlati feszültséget a névleges érték százalékában számítják ki. Az ebben az üzemmódban történő működés során kapott paraméter a készülék fontos jellemzője. Ezt megszorozva a rövidzárlati árammal, megkapjuk a veszteségkapacitást.

Működési mód

Ha egy terhelést csatlakoztatunk, a szekunder áramkörben részecskemozgás keletkezik, amely mágneses fluxust okoz a vezetőben. A primer tekercs által keltett fluxussal ellentétes irányba irányul. A primer tekercsben eltérés van az indukció elektromotoros ereje és a tápegység között. Az áram a primer tekercsben addig emelkedik, amíg a mágneses tér el nem éri a kezdeti értékét.

Az indukciós vektor mágneses fluxusa jellemzi a mező áthaladását egy kiválasztott felületen, és a primer tekercsben lévő pillanatnyi erőindex időintegrálja határozza meg. Az index a hajtóerőhöz képest 90˚ fázissal eltolódik. A szekunder áramkörben az indukált EMK alakja és fázisa megegyezik a primer tekercsben lévővel.

Transzformátorok típusai és típusai

A teljesítményegységeket nagyfeszültségű áramátalakítás és nagy kapacitások esetén használják, hálózati mérésre nem. A telepítés indokolt abban az esetben, ha az energiatermelő hálózatában és a fogyasztóhoz vezető áramkörben feszültségkülönbség van. A fázisok számától függően az erőműveket egytekercses vagy többtekercses egységeknek lehet minősíteni.

Az egyfázisú áramátalakítót statikusan szerelik fel, és egymáshoz induktívan kapcsolt tekercsek jellemzik, amelyek helyhez kötöttek. A magot zárt vázként tervezték, és megkülönböztet egy alsó és egy felső igát, valamint oldalsó tekercsrudakat. Az aktív elemek a tekercsek és a mágneses kör.

A rudakon lévő tekercseket a tekercsek száma és alakja tekintetében előírt kombinációkban vagy koncentrikus elrendezésben helyezik el. A hengeres tekercsek a legelterjedtebbek és leggyakrabban használtak. Az egység szerkezeti elemei rögzítik az állomásrészeket, szigetelik a tekercsek közötti átjárókat, hűtik az alkatrészeket és megakadályozzák a töréseket. A hosszanti szigetelés a magon lévő egyes tekercseket vagy tekercsek kombinációit fedi. A fő dielektrikumok a föld és a tekercsek közötti átmenet megakadályozására szolgálnak.

A háromfázisú elektromos áramkörökben a terhelésnek a bemenetek és a kimenetek közötti egyenletes elosztására két- és háromtekercses egységeket, illetve egyfázisú helyettesítő egységeket használnak. Az olajhűtéses transzformátorok egy mágneses magot tartalmaznak tekercsekkel, amelyek egy anyagtartályban helyezkednek el.

A tekercsek egy közös vezetőn helyezkednek el, primer és szekunder áramkörökkel, amelyek közös mező, áram vagy polarizáció létrehozásával lépnek kölcsönhatásba, mivel a töltött elektronok mágneses környezetben mozognak. Ez a közös indukció megnehezíti a telepítés teljesítményének meghatározását, a nagy- és kisfeszültséget. Olyan transzformátorhelyettesítési tervet alkalmaznak, amelyben a tekercsek inkább elektromos, mint mágneses környezetben lépnek kölcsönhatásba.

Az egyenértékűség elvét az áramot vezető induktív tekercsek ellenállásainak disszipációs fluxusaira alkalmazzák. Megkülönböztetünk aktív induktív ellenállással rendelkező tekercseket. A második fajta mágnesesen kapcsolt tekercsek, amelyek minimális akadályozó tulajdonságokkal, szórási fluxus nélkül továbbítják a részecskéket.

Kapcsolódó cikkek: