Un apparecchio elettrico che ha due, tre o più avvolgimenti, installato staticamente in una rete elettrica. Un trasformatore di potenza varia la tensione e la corrente alternata senza deviazione di frequenza. Il convertitore utilizzato nell'alimentazione secondaria è chiamato dispositivo step-down. Le strutture booster aumentano la tensione e sono utilizzate nelle linee di trasmissione ad alta tensione con una potenza, una capacità e una capacità elevate.
Contenuto
Applicazioni
I trasformatori di potenza fanno parte dell'attrezzatura utilizzata per generare elettricità. Le centrali elettriche utilizzano energia atomica, fossile, solida o liquida, funzionano a gas o utilizzano energia idrica, ma i trasformatori di uscita delle sottostazioni sono essenziali per il normale funzionamento delle linee di consumo e di produzione.
Le unità sono installate nelle reti di impianti industriali, imprese rurali, complessi di difesa, sviluppi di petrolio e gas. Lo scopo diretto di un trasformatore di potenza - abbassare e alzare la tensione e la corrente - è usato per far funzionare i trasporti, le abitazioni, le infrastrutture commerciali e gli impianti di distribuzione della rete.
Parti e sistemi principali
La tensione di alimentazione e il carico sono collegati a boccole situate su una morsettiera interna o esterna. Il contatto è fissato con bulloni o connettori speciali. Nelle unità a olio, le boccole sono disposte all'esterno sui lati del serbatoio o sul coperchio dell'alloggiamento rimovibile.
Il trasferimento dagli avvolgimenti interni è effettuato da ammortizzatori flessibili o barre filettate in metalli non ferrosi. I trasformatori di potenza e i loro involucri sono isolati dalle borchie con uno strato di porcellana o di plastica. I vuoti sono eliminati da guarnizioni fatte di materiale resistente all'olio e ai liquidi sintetici.
I raffreddatori riducono la temperatura dell'olio dalla zona superiore del serbatoio e la trasferiscono allo strato inferiore laterale. L'unità di raffreddamento di un trasformatore di potenza in olio è rappresentata da:
- un circuito esterno che rimuove il calore dal mezzo;
- Un circuito interno che riscalda l'olio.
Ci sono diversi tipi di refrigeratori:
- radiatori - un insieme di canali piatti saldati all'estremità, disposti in piastre per comunicare tra i collettori inferiori e superiori;
- serbatoi ondulati - sono installati in unità di bassa e media potenza e sono sia il serbatoio di abbassamento della temperatura che il serbatoio di lavoro con pareti piegate e la scatola di fondo;
- ventilatori - sono utilizzati nelle grandi unità di trasformazione per il raffreddamento forzato del flusso d'aria;
- scambiatori di calore - utilizzati in grandi unità per spostare fluidi sintetici utilizzando una pompa, poiché l'organizzazione della circolazione naturale richiede molto spazio;
- unità acqua-olio - scambiatori di calore tubolari con tecnologia classica;
- Pompe di circolazione - modelli ermeticamente sigillati con motore completamente sommerso senza premistoppa.
Le apparecchiature di trasformazione della tensione sono dotate di regolatori per cambiare il numero di bobine operative. La tensione secondaria è modificata per mezzo di un interruttore sul numero di bobine o impostata per mezzo di un collegamento a bullone con la scelta della disposizione dei ponticelli. Questo è il modo in cui sono collegati i cavi di un trasformatore messo a terra o diseccitato. I moduli di controllo convertono le tensioni in piccole gamme.
A seconda delle condizioni, i regolatori di tensione si dividono in tipi:
- unità che funzionano quando il carico è spento;
- elementi che funzionano quando l'avvolgimento secondario è in cortocircuito con la resistenza.
Allegato
Il relè del gas si trova nella linea di collegamento tra i serbatoi di espansione e di funzionamento. Il dispositivo impedisce la decomposizione degli organici isolanti, dell'olio in caso di surriscaldamento e di piccoli danni al sistema. Il dispositivo risponde al gas in caso di malfunzionamenti, dà un allarme o spegne completamente il sistema in caso di un corto circuito o di un livello di liquido pericolosamente basso.
Le termocoppie sono collocate sulla parte superiore del serbatoio in tasche per misurare la temperatura. Lavorano sul principio del calcolo matematico per identificare la parte più calda dell'unità. I sensori moderni si basano sulla tecnologia delle fibre ottiche.
L'unità di rigenerazione continua è utilizzata per il recupero e la purificazione dell'olio. Produce scorie e aria nella massa d'olio. Ci sono due tipi di unità di rigenerazione:
- unità a termosifone che utilizzano il movimento naturale verso l'alto degli strati riscaldati e passano attraverso un filtro, il successivo abbassamento dei flussi raffreddati sul fondo del serbatoio;
- Le unità di adsorbimento di qualità forzano l'olio attraverso i filtri con una pompa, sono situate separatamente sulla fondazione e sono utilizzate in circuiti di convertitori sovradimensionati.
I moduli di protezione dell'olio sono un vaso di espansione di tipo aperto. L'aria sopra la superficie della massa viene fatta passare attraverso il gel di silice essiccante. L'adsorbente diventa rosa alla massima umidità, il che serve come segnale per sostituirlo.
Un paraolio è installato sulla parte superiore dell'espansore. Si tratta di un dispositivo di riduzione dell'umidità dell'aria che funziona con olio secco del trasformatore. È collegato al vaso di espansione per mezzo di una presa. Un recipiente è saldato sulla parte superiore con una separazione interna sotto forma di diverse pareti a forma di labirinto. L'aria scorre attraverso l'olio, allontana l'umidità, poi viene pulita con gel di silice e scorre nel conservatore dell'olio.
Dispositivi di controllo
Il dispositivo di scarico della pressione previene un'impennata di emergenza della testa a causa di un corto circuito o di una grave decomposizione dell'olio ed è previsto nella progettazione di unità pesanti in conformità con GOST 11677-1975. Il dispositivo è progettato come un tubo di scarico inclinato verso il coperchio del trasformatore. C'è un diaframma sigillato all'estremità che può essere istantaneamente ripiegato e permette il passaggio dello scarico.
Inoltre, altri moduli sono installati nel trasformatore:
- I sensori di livello dell'olio nel serbatoio, dotati di un quadrante o realizzati sotto forma di un tubo di vetro di vasi comunicanti, sono posti all'estremità dell'espansore.
- I trasformatori incorporati sono collocati all'interno dell'unità o vicino al tubo di messa a terra sul lato delle boccole o sulle barre di bassa tensione. In questo caso non c'è bisogno di un gran numero di inverter separati nella sottostazione con isolamento interno ed esterno.
- Il rilevatore di impurità combustibili e di gas rileva l'idrogeno nella massa d'olio e lo spreme fuori attraverso la membrana. Il dispositivo mostra il grado iniziale di gassificazione prima che la miscela concentrata faccia agire il relè di monitoraggio.
- Il misuratore di portata controlla la perdita d'olio nelle sottostazioni lavorando sul principio della riduzione forzata della temperatura. Il dispositivo misura la differenza di prevalenza e determina la pressione su entrambi i lati dell'ostacolo che si presenta nel flusso. Nelle unità raffreddate ad acqua, i flussometri leggono il consumo di umidità. Gli elementi sono dotati di un allarme in caso di guasto e di un quadrante per la lettura dei valori.
Principio funzionale e modalità di funzionamento
Il trasformatore semplice è dotato di un nucleo di permalloy, ferrite e due avvolgimenti. Il circuito magnetico comprende un insieme di elementi a nastro, a piastra o stampati. Muove il flusso magnetico generato dall'elettricità. Il principio di un trasformatore di potenza è quello di convertire i valori di corrente e tensione per induzione, mentre la frequenza e la forma del modello di movimento delle particelle cariche rimane costante.
Nei trasformatori step-up, il circuito comporta una tensione più alta sull'avvolgimento secondario che sulla bobina primaria. Nelle unità step-down la tensione di ingresso è più alta della tensione di uscita. La bobina con gli avvolgimenti a spirale è posta nel recipiente dell'olio.
Quando la corrente alternata è attivata, un campo magnetico alternato è prodotto nella bobina primaria. Si chiude sul nucleo e colpisce il circuito secondario. Si genera una forza elettromotrice che viene trasmessa ai carichi collegati all'uscita del trasformatore. Ci sono tre modalità di funzionamento:
- Il minimo è caratterizzato dallo stato aperto della bobina secondaria e dall'assenza di corrente negli avvolgimenti. L'elettricità inattiva scorre nella bobina primaria al 2-5% del valore nominale.
- Il funzionamento del carico avviene con l'alimentazione e le utenze collegate. I trasformatori di potenza mostrano l'energia in due avvolgimenti, il funzionamento in questa regolazione è comune per l'unità.
- Cortocircuito, in cui la resistenza sulla bobina secondaria rimane l'unico carico. La modalità permette di rilevare le perdite per riscaldare gli avvolgimenti del nucleo.
Modo inattivo
L'elettricità nella bobina primaria è uguale alla corrente alternata magnetizzante e la corrente secondaria è pari a zero. La forza elettromotrice della bobina primaria nel caso di un nucleo ferromagnetico sostituisce completamente la tensione sorgente e non ci sono correnti di carico. Il funzionamento a vuoto rivela le perdite di commutazione istantanee e le correnti parassite, determina la compensazione della potenza reattiva per mantenere le tensioni di uscita richieste.
In un'unità senza conduttore ferromagnetico non c'è perdita di variazione del campo magnetico. La corrente a vuoto è proporzionale alla resistenza dell'avvolgimento primario. La capacità di resistere al passaggio di elettroni carichi si trasforma cambiando la frequenza della corrente e la dimensione dell'induzione.
Funzionamento in cortocircuito
Una piccola tensione alternata è applicata alla bobina primaria, le uscite della bobina secondaria sono cortocircuitate. La tensione d'ingresso è regolata in modo che la corrente di cortocircuito corrisponda al valore calcolato o nominale dell'unità. La dimensione della tensione di cortocircuito determina le perdite nelle bobine del trasformatore e la portata contro il materiale del conduttore. Una parte della corrente continua supera la resistenza e viene convertita in energia termica, il nucleo si riscalda.
La tensione di cortocircuito è calcolata come percentuale del valore nominale. Il parametro ottenuto quando si opera in questa modalità è una caratteristica importante dell'unità. Moltiplicandolo per la corrente di cortocircuito, si ottiene la capacità di perdita.
Modalità di funzionamento
Quando si collega un carico, nel circuito secondario si verifica un movimento di particelle che provoca un flusso magnetico nel conduttore. È diretto nella direzione opposta al flusso prodotto dalla bobina primaria. Nella bobina primaria, c'è un disadattamento tra la forza elettromotrice dell'induzione e l'alimentazione. La corrente nella bobina primaria aumenta fino a quando il campo magnetico acquisisce il suo valore iniziale.
Il flusso magnetico del vettore di induzione caratterizza il passaggio del campo attraverso una superficie selezionata ed è determinato dall'integrale temporale dell'indice di forza istantaneo nella bobina primaria. L'indice è spostato in fase a 90˚ rispetto alla forza motrice. Il campo elettromagnetico indotto nel circuito secondario ha la stessa forma e fase di quello della bobina primaria.
Tipi e tipi di trasformatori
Le unità di potenza sono utilizzate nel caso di conversione di corrente ad alta tensione e grandi capacità, non sono utilizzate per la misurazione della rete. L'installazione è giustificata in caso di differenza tra la tensione nella rete del produttore di energia e il circuito che va al consumatore. A seconda del numero di fasi, gli impianti possono essere classificati come unità a bobina singola o unità a più avvolgimenti.
Un convertitore di potenza monofase è installato staticamente ed è caratterizzato da avvolgimenti mutuamente accoppiati induttivamente che sono stazionari. Il nucleo è progettato come un telaio chiuso e distingue tra un giogo inferiore, un giogo superiore e barre di bobina laterali. Gli elementi attivi sono le bobine e il circuito magnetico.
Le fasce sulle aste sono disposte in combinazioni prescritte in termini di numero e forma delle spire o disposte in modo concentrico. Gli involucri cilindrici sono i più comuni e utilizzati. Gli elementi strutturali dell'unità fissano le parti della stazione, isolano i passaggi tra le bobine, raffreddano le parti e prevengono le rotture. L'isolamento longitudinale copre singole bobine o combinazioni di bobine sul nucleo. I dielettrici principali sono utilizzati per evitare il passaggio tra la terra e gli avvolgimenti.
Nei circuiti elettrici trifase, si usano unità a due o tre avvolgimenti per distribuire uniformemente il carico tra gli ingressi e le uscite, o unità di sostituzione monofase. I trasformatori raffreddati ad olio contengono un nucleo magnetico con avvolgimenti che si trovano in un serbatoio di sostanza.
Le fasce sono disposte su un conduttore comune, con circuiti primari e secondari che interagiscono generando un campo comune, una corrente o una polarizzazione mentre gli elettroni carichi si muovono in un ambiente magnetico. Questa induzione comune rende difficile determinare le prestazioni dell'installazione, alta e bassa tensione. Viene utilizzato un piano di sostituzione del trasformatore in cui gli avvolgimenti interagiscono in un ambiente elettrico piuttosto che magnetico.
Il principio di equivalenza si applica ai flussi di dissipazione delle resistenze delle bobine induttive che portano corrente. Si fa una distinzione tra le bobine con una resistenza di induttanza attiva. Il secondo tipo sono le bobine accoppiate magneticamente che trasmettono particelle senza flussi di dispersione con proprietà ostacolanti minime.
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