Urządzenie elektryczne z dwoma, trzema lub większą liczbą uzwojeń, zainstalowane statycznie w sieci elektroenergetycznej. Transformator mocy zmienia napięcie i prąd zmienny bez zmiany częstotliwości. Przetwornica stosowana w zasilaczu wtórnym jest nazywana urządzeniem step-down. Konstrukcje wzmacniające zwiększają napięcie i są stosowane w liniach przesyłowych wysokiego napięcia o dużej mocy, pojemności i wydajności.
Spis treści
Aplikacje
Transformatory mocy są częścią urządzeń służących do wytwarzania energii elektrycznej. Elektrownie wykorzystują energię atomową, kopalną, stałą lub płynną, zasilane są gazem lub wykorzystują energię wodną, ale transformatory wyjściowe podstacji są niezbędne do normalnego funkcjonowania odbiorników i linii produkcyjnych.
Jednostki te są instalowane w sieciach zakładów przemysłowych, przedsiębiorstw wiejskich, kompleksów obronnych oraz zakładów wydobywających ropę naftową i gaz. Bezpośrednie przeznaczenie transformatora - obniżanie i podwyższanie napięcia i natężenia prądu - jest wykorzystywane w transporcie, budownictwie mieszkaniowym, infrastrukturze komercyjnej i sieciowych obiektach dystrybucyjnych.
Główne części i systemy
Napięcie zasilania i obciążenie są podłączone do tulei umieszczonych na wewnętrznej lub zewnętrznej listwie zaciskowej. Styk jest mocowany za pomocą śrub lub specjalnych łączników. W urządzeniach wypełnionych olejem tuleje są umieszczone na zewnątrz, na ścianach zbiornika lub na pokrywie zdejmowanej obudowy.
Transfer z uzwojenia wewnętrznego odbywa się za pomocą elastycznych amortyzatorów lub prętów gwintowanych wykonanych z metali nieżelaznych. Transformatory mocy i ich obudowy są izolowane od kołków rozporowych warstwą porcelany lub tworzywa sztucznego. Szczeliny są eliminowane przez uszczelki wykonane z materiałów odpornych na oleje i płyny syntetyczne.
Chłodnice obniżają temperaturę oleju z górnego obszaru zbiornika i przekazują ją do bocznej warstwy dolnej. Jednostka chłodząca transformatora olejowego jest reprezentowana przez:
- zewnętrzny obwód, który usuwa ciepło z medium;
- Wewnętrzny obwód, który podgrzewa olej.
Istnieją różne rodzaje chłodziarek:
- chłodnice - zestaw płaskich kanałów przyspawanych na końcach, ułożonych w płyty w celu komunikacji pomiędzy dolnym i górnym kolektorem;
- zbiorniki faliste - są instalowane w blokach małej i średniej mocy i stanowią zarówno zbiornik obniżający temperaturę, jak i zbiornik roboczy z pofałdowanymi ścianami i skrzynią denną;
- wentylatory - są stosowane w dużych jednostkach transformatorowych do wymuszonego chłodzenia strumienia powietrza;
- wymienniki ciepła - stosowane w dużych jednostkach do przemieszczania płynów syntetycznych za pomocą pompy, ponieważ organizacja obiegu naturalnego wymaga dużo miejsca;
- agregaty woda-olej - rurowe wymienniki ciepła wykorzystujące technologię klasyczną;
- Pompy obiegowe - hermetycznie uszczelnione konstrukcje z silnikiem całkowicie zanurzonym w wodzie, bez uszczelnienia dławnicowego.
Urządzenia do przetwarzania napięcia są wyposażone w regulatory umożliwiające zmianę liczby pracujących cewek. Napięcie wtórne jest modyfikowane za pomocą przełącznika liczby zwojów lub ustawiane za pomocą połączenia śrubowego z możliwością wyboru układu zwór. W ten sposób podłącza się przewody uziemionego lub odłączonego od napięcia transformatora. Moduły sterujące przetwarzają napięcia w małych zakresach.
W zależności od warunków pracy regulatory napięcia dzieli się na różne typy:
- urządzenia, które działają, gdy obciążenie jest wyłączone;
- elementy, które działają, gdy uzwojenie wtórne jest zwarte do oporu.
Załącznik
Przekaźnik gazowy jest umieszczony w przewodzie łączącym zbiornik wyrównawczy i zbiornik roboczy. Urządzenie zapobiega rozkładowi izolujących substancji organicznych, oleju w przypadku przegrzania oraz niewielkim uszkodzeniom systemu. Urządzenie reaguje na gazowanie w przypadku nieprawidłowego działania, włącza alarm lub całkowicie wyłącza system w przypadku zwarcia lub niebezpiecznie niskiego poziomu cieczy.
Termopary są umieszczane na górze zbiornika w kieszeniach w celu pomiaru temperatury. Pracują na zasadzie obliczeń matematycznych, aby określić najcieplejszą część jednostki. Nowoczesne czujniki są oparte na technologii światłowodowej.
Jednostka do ciągłej regeneracji jest wykorzystywana do odzyskiwania i oczyszczania oleju. Powoduje to powstawanie żużla i powietrza w masie olejowej. Istnieją dwa rodzaje jednostek regeneracyjnych:
- urządzenia termosyfonowe, które wykorzystują naturalny ruch podgrzanych warstw ku górze i przechodzenie przez filtr, a następnie opuszczanie schłodzonych strumieni na dno zbiornika;
- wysokiej jakości agregaty adsorpcyjne tłoczą olej przez filtry za pomocą pompy, są umieszczone oddzielnie na fundamencie i stosowane w przewymiarowanych obiegach konwertorowych.
Moduły ochrony przeciwolejowej są zbiornikami wyrównawczymi typu otwartego. Powietrze nad powierzchnią masy jest przepuszczane przez osuszacze z żelem krzemionkowym. Przy maksymalnej wilgotności środek adsorbujący zmienia kolor na różowy, co jest sygnałem, że należy go wymienić.
W górnej części ekspandera jest zamontowana uszczelka olejowa. Jest to urządzenie do redukcji wilgotności powietrza, zasilane suchym olejem transformatorowym. Jest on połączony ze zbiornikiem wyrównawczym za pomocą gniazda. Na górze spawany jest zbiornik z wewnętrznym podziałem w postaci kilku ścian w kształcie labiryntu. Powietrze przepływa przez olej, odprowadza z niego wilgoć, a następnie jest oczyszczane żelem krzemionkowym i przepływa do konserwatora oleju.
Urządzenia kontrolne
Urządzenie nadmiarowe ciśnieniowe zapobiega nagłemu wzrostowi ciśnienia w wyniku zwarcia lub silnego rozkładu oleju i jest przewidziane w konstrukcjach jednostek do pracy przy dużych obciążeniach zgodnie z normą GOST 11677-1975. Urządzenie jest zaprojektowane jako rura spustowa nachylona w kierunku pokrywy transformatora. Na końcu znajduje się szczelna membrana, którą można błyskawicznie rozłożyć i przepuścić przez nią spaliny.
Ponadto w transformatorze instalowane są inne moduły:
- Czujniki poziomu oleju w zbiorniku, wyposażone w pokrętło lub wykonane w formie szklanej rurki naczynia połączonego, są umieszczone na końcu rozprężarki.
- Wbudowane transformatory są umieszczane wewnątrz urządzenia lub w pobliżu przewodu uziemiającego z boku szyn lub na szynach zbiorczych niskiego napięcia. W tym przypadku nie ma potrzeby stosowania dużej liczby oddzielnych falowników w podstacji z izolacją wewnętrzną i zewnętrzną.
- Detektor zanieczyszczeń palnych i gazów wykrywa wodór w masie olejowej i wyciska go przez membranę. Urządzenie pokazuje początkowy stopień zagazowania, zanim stężona mieszanina spowoduje zadziałanie przekaźnika monitorującego.
- Przepływomierz monitoruje straty oleju w podstacjach, które działają na zasadzie wymuszonego obniżenia temperatury. Urządzenie mierzy różnicę wysokości i określa ciśnienie po obu stronach powstającej przeszkody w przepływie. W urządzeniach chłodzonych wodą przepływomierze odczytują zużycie wilgoci. Elementy są wyposażone w alarm w przypadku awarii oraz tarczę do odczytu wartości.
Zasada działania i tryby pracy
Transformator prosty jest wyposażony w rdzeń ze stopu permu, ferrytu i dwa uzwojenia. Obwód magnetyczny zawiera zestaw elementów taśmowych, płytowych lub formowanych. Porusza on strumień magnetyczny wytwarzany przez energię elektryczną. Zasada działania transformatora mocy polega na przekształcaniu wartości prądu i napięcia za pomocą indukcji, przy czym częstotliwość i kształt naładowanych cząstek pozostają niezmienne.
W transformatorach step-up obwód obejmuje wyższe napięcie wtórne w porównaniu z napięciem pierwotnym cewki. W urządzeniach typu step-down napięcie wejściowe jest wyższe niż napięcie wyjściowe. Cewka z uzwojeniem spiralnym jest umieszczana w zbiorniku z olejem.
Gdy prąd zmienny jest włączony, w cewce pierwotnej wytwarza się zmienne pole magnetyczne. Zamyka się na rdzeniu i oddziałuje na obwód wtórny. Wytwarza się siła elektromotoryczna, która jest przekazywana do podłączonych odbiorników na wyjściu transformatora. Dostępne są trzy tryby pracy:
- Stan jałowy charakteryzuje się tym, że cewka wtórna jest otwarta, a w uzwojeniach nie płynie prąd. Na biegu jałowym w cewce pierwotnej płynie prąd o wartości 2-5% wartości znamionowej.
- Praca obciążenia odbywa się przy podłączonym zasilaniu i odbiornikach. Transformatory energetyczne oddają energię w dwóch uzwojeniach, praca w tej regulacji jest wspólna dla danego urządzenia.
- Zwarcie, w którym jedynym obciążeniem jest rezystancja cewki wtórnej. Tryb ten umożliwia wykrycie strat w celu rozgrzania uzwojeń rdzenia.
Tryb bezczynności
Prąd elektryczny w cewce pierwotnej jest równy prądowi zmiennemu magnesującemu, a prąd wtórny jest równy zeru. W przypadku rdzenia ferromagnetycznego siła elektromotoryczna cewki pierwotnej całkowicie zastępuje napięcie źródłowe i nie występują prądy obciążenia. Praca bez obciążenia ujawnia chwilowe straty łączeniowe i prądy wirowe, co determinuje kompensację mocy biernej w celu utrzymania wymaganych napięć wyjściowych.
W urządzeniu bez przewodnika ferromagnetycznego nie występują straty związane ze zmianą pola magnetycznego. Prąd jałowy jest proporcjonalny do rezystancji uzwojenia pierwotnego. Zdolność do przeciwstawiania się przejściu naładowanych elektronów zmienia się poprzez zmianę częstotliwości prądu i wielkości indukcji.
Praca przy zwarciu
Do cewki pierwotnej przykładane jest niewielkie napięcie zmienne, a wyjścia cewki wtórnej są zwierane. Napięcie wejściowe jest regulowane w taki sposób, aby prąd zwarciowy odpowiadał obliczonej lub znamionowej wartości urządzenia. Wielkość napięcia zwarcia określa straty w uzwojeniach transformatora oraz natężenie przepływu w stosunku do materiału przewodnika. Część prądu stałego pokonuje opór i jest zamieniana na energię cieplną - rdzeń nagrzewa się.
Napięcie zwarcia jest obliczane jako procent wartości znamionowej. Parametr uzyskany podczas pracy w tym trybie jest ważną charakterystyką urządzenia. Mnożąc ją przez prąd zwarciowy, uzyskuje się pojemność strat.
Tryb pracy
Gdy podłączone jest obciążenie, w obwodzie wtórnym zachodzi ruch cząstek, który powoduje powstanie strumienia magnetycznego w przewodniku. Jest on skierowany w kierunku przeciwnym do strumienia wytwarzanego przez cewkę pierwotną. W cewce pierwotnej występuje niedopasowanie między siłą elektromotoryczną indukcji a zasilaniem. Prąd w cewce pierwotnej rośnie, aż pole magnetyczne osiągnie wartość początkową.
Strumień magnetyczny wektora indukcji charakteryzuje przejście pola przez wybraną powierzchnię i jest określany przez całkę czasową chwilowego indeksu siły w cewce pierwotnej. Indeks jest przesunięty w fazie o 90˚ w stosunku do siły napędowej. Indukowane pole elektromagnetyczne w obwodzie wtórnym ma taki sam kształt i fazę jak w cewce pierwotnej.
Rodzaje i typy transformatorów
Agregaty prądotwórcze są stosowane w przypadku przetwarzania prądu o wysokim napięciu i dużych mocach, nie są natomiast wykorzystywane do pomiarów sieciowych. Instalacja jest uzasadniona w przypadku różnicy między napięciem w sieci producenta energii a napięciem w obwodzie idącym do odbiorcy. W zależności od liczby faz, elektrownie można podzielić na jednowężownicowe i wielowężownicowe.
Jednofazowy przekształtnik mocy jest instalowany statycznie i charakteryzuje się wzajemnie indukcyjnie sprzężonymi uzwojeniami, które są nieruchome. Rdzeń jest zaprojektowany jako rama zamknięta i rozróżnia się w nim jarzmo dolne, jarzmo górne i boczne pręty nawojowe. Elementami aktywnymi są cewki i obwód magnetyczny.
Owijki na prętach są rozmieszczone w zalecanych kombinacjach pod względem liczby i kształtu zwojów lub ułożone koncentrycznie. Najbardziej powszechne i najczęściej stosowane są owijki cylindryczne. Elementy konstrukcyjne urządzenia mocują części stacji, izolują przejścia między zwojami, chłodzą części i zapobiegają pęknięciom. Izolacja wzdłużna obejmuje poszczególne zwoje lub kombinacje zwojów na rdzeniu. Dielektryki główne są wykorzystywane do zapobiegania przejściu między masą a uzwojeniami.
W trójfazowych obwodach elektrycznych do równomiernego rozdzielenia obciążenia między wejścia i wyjścia stosuje się zespoły dwu- i trójzwojowe lub jednofazowe zespoły zastępcze. Transformatory chłodzone olejem zawierają rdzeń magnetyczny z uzwojeniami, które są umieszczone w zbiorniku z substancją.
Zawiniątka są umieszczone na wspólnym przewodniku, z obwodami pierwotnymi i wtórnymi, które oddziałują na siebie, wytwarzając wspólne pole, prąd lub polaryzację, ponieważ naładowane elektrony poruszają się w środowisku magnetycznym. Ta ogólna indukcja utrudnia określenie parametrów pracy instalacji wysokiego i niskiego napięcia. Stosowany jest plan zastępczy transformatora, w którym uzwojenia oddziałują na siebie w środowisku elektrycznym, a nie magnetycznym.
Zasadę równoważności stosuje się do strumieni rozproszenia rezystancji cewek indukcyjnych przewodzących prąd. Rozróżnia się cewki z aktywną opornością indukcyjną. Drugi rodzaj to cewki sprzężone magnetycznie, które przenoszą cząstki bez rozpraszania strumienia i mają minimalne właściwości przeszkadzające.
Powiązane artykuły:
