Elektrický prístroj, ktorý má dve, tri alebo viac vinutí, staticky inštalovaný v elektrickej sieti. Výkonový transformátor mení striedavé napätie a prúd bez odchýlky frekvencie. Menič použitý v sekundárnom napájaní sa nazýva znižovač. Posilňovacie konštrukcie zvyšujú napätie a používajú sa vo vysokonapäťových prenosových vedeniach s vysokým výkonom, kapacitou a výkonom.
Obsah
Aplikácie
Výkonové transformátory sú súčasťou zariadení používaných na výrobu elektrickej energie. Elektrárne využívajú atómovú, fosílnu, pevnú alebo kvapalnú energiu, pracujú na plyn alebo využívajú vodnú energiu, ale výstupné transformátory rozvodní sú nevyhnutné pre normálne fungovanie spotrebičov a výrobných liniek.
Jednotky sú inštalované v sieťach priemyselných zariadení, vidieckych podnikov, obranných komplexov, ropných a plynových zariadení. Priamy účel transformátora - znižovanie a zvyšovanie napätia a prúdu - sa používa na prevádzku dopravných, bytových a komerčných infraštruktúr a sieťových distribučných zariadení.
Hlavné časti a systémy
Napájacie napätie a záťaž sa pripájajú na priechodky umiestnené na vnútornej alebo vonkajšej svorkovnici. Kontakt sa upevňuje pomocou skrutiek alebo špeciálnych konektorov. V jednotkách s olejovou náplňou sú puzdrá umiestnené vonku na bočných stranách nádrže alebo na kryte odnímateľného krytu.
Prenos z vnútorného vinutia sa uskutočňuje pomocou pružných tlmičov alebo závitových tyčí z neželezných kovov. Výkonové transformátory a ich kryty sú izolované od kolíkov porcelánovou alebo plastovou vrstvou. Medzery sú odstránené tesneniami z materiálu odolného voči oleju a syntetickým kvapalinám.
Chladiče znižujú teplotu oleja z hornej časti nádrže a prenášajú ju do bočnej spodnej vrstvy. Chladiaca jednotka olejového transformátora je reprezentovaná:
- externý obvod, ktorý odvádza teplo z média;
- Vnútorný obvod, ktorý ohrieva olej.
Existujú rôzne typy chladičov:
- Chladiče - súprava plochých kanálikov zváraných na konci, usporiadaných v doskách na komunikáciu medzi spodným a horným rozdeľovačom;
- vlnité nádrže - inštalujú sa v jednotkách s nízkym a stredným výkonom a sú to nádrže na znižovanie teploty a pracovné nádrže so zalomenými stenami a spodnou skriňou;
- ventilátory - používajú sa vo veľkých transformátoroch na nútené chladenie chladiaceho prúdu;
- výmenníky tepla - používajú sa vo veľkých jednotkách na presun syntetických kvapalín pomocou čerpadla, pretože organizácia prirodzeného obehu vyžaduje veľa miesta;
- jednotky voda-olej - rúrkové výmenníky tepla využívajúce klasickú technológiu;
- Obehové čerpadlá - hermeticky uzavreté konštrukcie s úplne ponoreným motorom bez upchávok.
Zariadenia na transformáciu napätia sú vybavené regulátormi na zmenu počtu pracovných cievok. Sekundárne napätie sa mení pomocou prepínača počtu cievok alebo sa nastavuje pomocou skrutkového spoja s prepojkou. Takto sú pripojené prívody uzemneného alebo beznapäťového transformátora. Riadiace moduly prevádzajú napätia v malých rozsahoch.
V závislosti od podmienok sa regulátory napätia delia na typy:
- jednotky, ktoré pracujú, keď je záťaž vypnutá;
- prvky, ktoré fungujú, keď je sekundárne vinutie skratované na odpor.
Príloha
Plynové relé sa nachádza v spojovacom potrubí medzi expanznou a prevádzkovou nádržou. Zariadenie zabraňuje rozkladu izolačných organických látok, oleja pri prehriatí a menšiemu poškodeniu systému. Zariadenie reaguje na plynatosť v prípade poruchy, vydáva alarm alebo úplne vypne systém v prípade skratu alebo nebezpečne nízkej hladiny kvapaliny.
Termočlánky sú umiestnené na vrchu nádrže vo vreckách na meranie teploty. Pracujú na princípe matematického výpočtu, aby určili najteplejšiu časť jednotky. Moderné senzory sú založené na technológii optických vlákien.
Kontinuálna regeneračná jednotka sa používa na obnovu a čistenie oleja. V olejovej hmote sa vytvára troska a vzduch. Existujú dva typy regeneračných jednotiek:
- termosifónové jednotky, ktoré využívajú prirodzený pohyb ohriatych vrstiev smerom nahor a prechádzajú cez filter, následné spúšťanie ochladených prúdov na dno nádrže;
- kvalitné adsorpčné jednotky pretláčajú olej cez filtre pomocou čerpadla, sú umiestnené samostatne na základoch a používajú sa v predimenzovaných okruhoch konvertorov.
Moduly na ochranu oleja sú otvorené expanzné nádrže. Vzduch nad povrchom hmoty prechádza cez silikagélové vysúšadlá. Pri maximálnej vlhkosti sa adsorpčné činidlo zmení na ružové, čo slúži ako signál na jeho výmenu.
Na hornej strane expandéra je nainštalované olejové tesnenie. Ide o zariadenie na zníženie vlhkosti vzduchu, ktoré sa prevádzkuje so suchým olejom transformátora. K expanznej nádrži je pripojená pomocou zásuvky. Na vrchnej strane je privarená nádoba s vnútorným oddelením v podobe niekoľkých stien v tvare labyrintu. Vzduch prúdi cez olej, odvádza vlhkosť, potom sa vyčistí silikagélom a prúdi do konzervačného zariadenia na olej.
Kontrolné zariadenia
Odľahčovacie zariadenie zabraňuje núdzovému nárastu tlaku v dôsledku skratu alebo silného rozkladu oleja a je zabezpečené v konštrukcii vysokovýkonných jednotiek v súlade s normou GOST 11677-1975. Zariadenie je navrhnuté ako vypúšťacia rúra sklonená smerom ku krytu transformátora. Na konci je utesnená membrána, ktorá sa dá okamžite odklopiť a umožňuje priechod výfukových plynov.
Okrem toho sú v transformátore nainštalované ďalšie moduly:
- Na konci expandéra sú umiestnené snímače hladiny oleja v nádrži, ktoré sú vybavené číselníkom alebo sú vyrobené vo forme sklenenej trubice komunikujúcich nádob.
- Zabudované transformátory sú umiestnené vo vnútri jednotky alebo v blízkosti uzemňovacej hadice na strane priechodiek alebo na nízkonapäťových prípojniciach. V tomto prípade nie je potrebné veľké množstvo samostatných meničov v rozvodni s vnútornou a vonkajšou izoláciou.
- Detektor horľavých nečistôt a plynov detekuje vodík v olejovej hmote a vytláča ho cez membránu. Zariadenie ukazuje počiatočný stupeň plynatosti pred tým, ako koncentrovaná zmes spôsobí, že monitorovacie relé začne pôsobiť.
- Prietokomer monitoruje straty oleja v rozvodniach na princípe núteného znižovania teploty. Zariadenie meria rozdiel výšok a určuje tlak na oboch stranách vznikajúcej prekážky v prúde. V jednotkách chladených vodou prietokomery odčítavajú spotrebu vlhkosti. Prvky sú vybavené alarmom v prípade poruchy a číselníkom na odčítanie hodnôt.
Princíp funkcie a spôsoby činnosti
Jednoduchý transformátor je vybavený jadrom z permalloy, feritu a dvoma vinutiami. Magnetický obvod obsahuje sadu páskových, doskových alebo tvarovaných prvkov. Pohybuje sa magnetickým tokom generovaným elektrickou energiou. Princíp výkonového transformátora spočíva v premene hodnôt prúdu a napätia pomocou indukcie, pričom frekvencia a tvar nabitých častíc zostávajú konštantné.
V krokových transformátoroch je v obvode vyššie sekundárne napätie v porovnaní s primárnou cievkou. Pri znižovacích jednotkách je vstupné napätie vyššie ako výstupné napätie. Cievka so špirálovým vinutím sa umiestni do nádoby s olejom.
Po zapnutí striedavého prúdu sa v primárnej cievke vytvára striedavé magnetické pole. Uzatvára sa na jadre a ovplyvňuje sekundárny obvod. Vzniká elektromotorická sila, ktorá sa prenáša na pripojené záťaže na výstupe transformátora. Existujú tri režimy prevádzky:
- Voľnobeh je charakterizovaný otvoreným stavom sekundárnej cievky a neprítomnosťou prúdu vo vinutí. V primárnej cievke prúdi voľnobežná elektrina na úrovni 2-5 % menovitej hodnoty.
- Prevádzka záťaže prebieha pri pripojenom napájaní a spotrebičoch. Výkonové transformátory vykazujú energiu v dvoch vinutiach, prevádzka v tejto regulácii je pre jednotku bežná.
- Skrat, pri ktorom odpor na sekundárnej cievke zostáva jedinou záťažou. Tento režim umožňuje zistiť straty na zahriatie vinutia jadra.
Režim nečinnosti
Elektrický prúd v primárnej cievke sa rovná magnetizujúcemu striedavému prúdu a sekundárny prúd vykazuje nulu. Elektromotorická sila primárnej cievky v prípade feromagnetického jadra úplne nahrádza zdrojové napätie a nevznikajú žiadne zaťažovacie prúdy. Prevádzka bez záťaže odhaľuje okamžité spínacie straty a vírivé prúdy, určuje kompenzáciu jalového výkonu na udržanie požadovaných výstupných napätí.
V jednotke bez feromagnetického vodiča nedochádza k úbytku zmeny magnetického poľa. Prúd naprázdno je úmerný odporu primárneho vinutia. Schopnosť odolávať prechodu nabitých elektrónov sa mení zmenou frekvencie prúdu a veľkosti indukcie.
Prevádzka pri skratoch
Na primárnu cievku sa privedie malé striedavé napätie, výstupy sekundárnej cievky sa spoja nakrátko. Vstupné napätie sa nastaví tak, aby skratový prúd zodpovedal vypočítanej alebo menovitej hodnote jednotky. Veľkosť skratového napätia určuje straty v cievkach transformátora a prietok voči materiálu vodiča. Časť jednosmerného prúdu prekonáva odpor a premieňa sa na tepelnú energiu, jadro sa zahrieva.
Skratové napätie sa vypočíta ako percento menovitej hodnoty. Parameter získaný pri práci v tomto režime je dôležitou charakteristikou jednotky. Vynásobením skratovým prúdom sa získa stratová kapacita.
Prevádzkový režim
Po pripojení záťaže dochádza v sekundárnom obvode k pohybu častíc, ktorý spôsobuje magnetický tok vo vodiči. Je nasmerovaný opačným smerom ako tok vytváraný primárnou cievkou. V primárnej cievke dochádza k nesúladu medzi elektromotorickou silou indukcie a napájaním. Prúd v primárnej cievke rastie, kým magnetické pole nenadobudne svoju počiatočnú hodnotu.
Magnetický tok indukčného vektora charakterizuje prechod poľa cez zvolený povrch a je určený časovým integrálom okamžitého silového indexu v primárnej cievke. Index je fázovo posunutý o 90˚ vzhľadom na hnaciu silu. Indukované EMP v sekundárnom obvode má rovnaký tvar a fázu ako v primárnej cievke.
Typy a druhy transformátorov
Výkonové jednotky sa používajú v prípade vysokonapäťovej konverzie prúdu a veľkých výkonov, nepoužívajú sa na meranie siete. Inštalácia je opodstatnená v prípade rozdielu medzi napätím v sieti výrobcu energie a v obvode smerujúcom k spotrebiteľovi. V závislosti od počtu fáz možno zariadenia klasifikovať ako jednozávitové alebo viaczávitové.
Jednofázový výkonový menič je inštalovaný staticky a je charakterizovaný vzájomne indukčne spojenými vinutiami, ktoré sú stacionárne. Jadro je navrhnuté ako uzavretý rám a rozlišuje sa medzi spodným jarmom, horným jarmom a bočnými tyčami cievky. Aktívnymi prvkami sú cievky a magnetický obvod.
Ovinutia na tyčiach sú usporiadané v predpísaných kombináciách z hľadiska počtu a tvaru závitov alebo sú usporiadané v koncentrickom usporiadaní. Najbežnejšie a najčastejšie používané sú valcové obaly. Konštrukčné prvky jednotky upevňujú diely stanice, izolujú priechody medzi cievkami, chladia diely a zabraňujú poruchám. Pozdĺžna izolácia pokrýva jednotlivé cievky alebo kombinácie cievok na jadre. Hlavné dielektriká sa používajú na zabránenie prechodu medzi zemou a vinutím.
V trojfázových elektrických obvodoch sa na rovnomerné rozloženie záťaže medzi vstupy a výstupy používajú dvojvinutové a trojvinutové jednotky alebo jednofázové náhradné jednotky. Olejom chladené transformátory obsahujú magnetické jadro s vinutiami, ktoré sú umiestnené v nádrži s látkou.
Obaly sú usporiadané na spoločnom vodiči s primárnym a sekundárnym obvodom, ktoré na seba vzájomne pôsobia vytváraním spoločného poľa, prúdu alebo polarizácie pri pohybe nabitých elektrónov cez magnetické prostredie. Táto spoločná indukcia sťažuje určenie výkonu inštalácie, vysokého a nízkeho napätia. Používa sa náhradný plán transformátora, v ktorom vinutia interagujú skôr v elektrickom ako magnetickom prostredí.
Princíp ekvivalencie sa uplatňuje na rozptylové toky odporov indukčných cievok, ktorými preteká prúd. Rozlišujú sa cievky s aktívnym indukčným odporom. Druhým druhom sú magneticky viazané cievky, ktoré prenášajú častice bez rozptylu tokov s minimálnymi brzdiacimi vlastnosťami.
Súvisiace články:
