Силовые трансформаторы. виды и устройство. работа и применение

Дополнительное оборудование

Устройство силового трансформатора включает в себя различные виды дополнительного навесного оборудования:

  • газовое реле. Это устройство выполняет защитные функции. При нестабильной работе трансформатора (нарушена система охлаждения, повреждения различного типа), масло начинает постепенно разлагаться на простые составляющие. В процессе выделяется определенное количество газов. Если реакция протекает медленно, то устройство подает предупреждающий сигнал, а если газ образуется слишком быстро, то реле просто отключает трансформатор;
  • индикаторы температуры. Специальные датчики на основе термопар регулярно проводят замеры температуры масла в самых горячих точках;
  • поглотители влаги. Так как конструкция маслонаполненной емкости не является абсолютно герметичной, то под крышкой может образоваться водяной конденсат. Специальные устройства поглощают влагу и препятствуют попаданию ее в масло;
  • система постоянной регенерации масла;
  • защита от повышения давления внутри емкости. Система комбинируется с устройствами сброса лишнего давления и работает в автоматическом режиме;
  • индикатор уровня масла. В большинстве случаев он выполнен в виде прибора с циферблатом и стрелкой или в виде трубки, которая заполнена маслом и соединена с емкостью по принципу сообщающихся сосудов.

Больше информации о современных силовых трансформаторах, их основных разновидностях, типах конструкции и новейших разработках в этой сфере можно узнать на международной выставке «Электро». Мероприятие состоится на территории ЦВК «Экспоцентр».

Производство, эксплуатация, монтаж, ремонт, тех. обслуживание силовых трансформаторовИзмерительные трансформаторы тока и напряженияНазначение, принцип действия измерительных трансформаторов, а также их монтаж и ремонт.

Виды конструкций однофазных трансформаторов

Конструкция однофазного трансформатора может быть выполнены стержневого типа так и броневого или тороидального.

конструкция стержневого трансформатора

Однофазный двух обмоточный трансформатор стержневого типа, представляет собой два стержня на которые располагаются обе обмотки. Объединяет эти стрежни, стальное ярмо, на котором и происходит соединение магнитных потоков двух обмоток.

Тип однофазного броневого трансформатора  представляет собой один стержень (сердечник), который как бы бронируется, защищается с обеих сторон ярмом от внешних механических воздействий. Магнитный поток проходящий по ярму броневого  меньше в два раз чем в стержне, поэтому ярма делают в два раза меньше, уменьшая тем самым габаритные размеры и вес.

Сборка трансформатора

Собирают магнитопроводы трансформаторов встык или в нахлест.

1- пластины Ш-образного профиля, 2 — пластины прямоугольного профиля, 3 — стержневые шпильки

Сборка внахлест пластины сердечника выполняют одна за другой укладывая их плотно в разных точках разреза полос. Монтаж и демонтаж такого трансформатора более трудоемок, но зато это позволяет сильно уменьшить магнитное сопротивление, снижает реактивные потери на вихревые токи и нагрев стали.

ленточный магнитопровод

Существуют также и ленточные магнитопроводы которые делают из холоднокатаной стали как стержневого типа так броневого типа. Магнитная проницаемость трансформаторной холоднокатаной стали больше чем у горячекатаной, но только при направлении которая совпадает с направлением проката стали. В связи с этим такие трансформаторы собирают внахлестку, уже из лент разной длины (пакеты) и затем соединяют вместе предварительно пропитывая для изоляции жаростойким лаком. Особенность такого трансформаторов, что они обязательно требуют установки изоляционной прокладки на месте стыка двух магнитопроводов или изоляцией лаком. Это предотвращает замыкания пластин, в результате чего не возникает чрезмерный нагрев сердечника трансформатора токами вихревыми. Такой нагрев может приводить к плавлению стали в одну сплошную массу.

Мощные силовые трансформаторы часто делают только стержневыми так у них проще выполнить изоляцию обмоток высшего напряжения от низшего.
Трансформаторы малой мощности, сетевые трансформаторы  делаю из броневого магнитопровода. Обмотки у броневых  трансформаторов располагаются на одном стержне, а не отдельно одна  от другой. Как правило, первичная обмотка располагается ближе к сердечнику, а вторичная мотается поверх первой. Токи первичной и вторичной обмотки маломощного трансформатора невелики, так что усиленной изоляцией можно пренебречь.

Охладители

Обязательный элемент конструкции любого силового трансформатора. Большое количество электрической энергии, проходя через трансформатор, преобразуется в тепло. Специальная двухконтурная система, заполненная маслом, нуждается в регулярном охлаждении.

Для этих целей используются различные устройства:

  • радиаторы. Конструктивно охладитель состоит из металлических пластин различной конфигурации, которые обладают хорошей теплопроводностью, через которые и выводится тепловая энергия в атмосферу или вторичную охлаждающую среду;
  • гофрированный бак. Универсальное устройство для установок небольшой мощности. Конструктивно он совмещает в себе радиатор и емкость для масла. Тепло выводится благодаря внешним и внутренним гофрированным поверхностям;
  • принудительная вентиляция. Навесные вентиляторы применяют для трансформаторов большой мощности. Благодаря постоянному принудительному охлаждению удается повысить производительность системы до 20-25%;
  • охладители масляно-водяные. На сегодняшний день такие комбинированные конструкции используются чаще всего благодаря их простоте и высокой эффективности;
  • циркуляционные насосы. Устройство обеспечивает регулярное перемещение горячего масла в нижний контур, заменяя его холодным.

Определение и назначение

Для питания приборов нужны напряжения различных характеристик. Трансформатор — это конструкция для использования индукционной работы магнитного поля. Ленточные или проволочные катушки, объединенные общим потоком, понижают или увеличивают напряжение. В телевизоре применяется 5 В для работы транзисторов и микросхем, питание кинескопа требует нескольких киловольт при использовании каскадного генератора.

Изолированные обмотки располагаются на сердечнике из спонтанно намагниченного материала с определенным значением напряженности. Старые агрегаты использовали существующую частоту сети, около 60 Гц. В современных схемах питания электроприборов применяют импульсные трансформаторы с высокой частотой. Переменное напряжение выпрямляется и преобразовывается при помощи генератора в величину с заданными параметрами.

READ  Электрические приводы. виды и устройство. применение и работа

Напряжение стабилизируется благодаря управляющей установке с импульсно-широтной модуляцией. Высокочастотные всплески передаются трансформатору, на выходе получают стабильные показатели. Массивность и тяжесть приборов прошлых лет сменяется легкостью и небольшими размерами. Линейные показатели агрегата пропорциональны мощности в отношении 1:4, для уменьшения габаритов устройства увеличивается частота тока.

Массивные приборы используют в схемах электроснабжения, если требуется создать минимальный уровень рассеяния помех с высокой частотой, например при обеспечении качественного звука.

Составляющие конструкции

Высоковольтные линии электропередач с напряжением более 6 тысяч вольт защищают специальными устройствами, преобразующими переменный электрический ток и защищающими сети от серьёзного перенапряжения. Существует два типа таких устройств:

  • обычные трансформаторы;
  • автотрансформаторы.

Обе разновидности имеют похожее устройство и функциональные характеристики. Стандартная конструкция трансформатора включает в себя следующие составляющие:

  • Ферромагнитный сердечник. Он заключается в специальный прочный корпус, не позволяющий агрессивной среде вывести его из строя.
  • Обмотка. Бывает медной и алюминиевой, имеет сечения круглой либо прямоугольной формы. Концентрическая обмотка имеет вид цилиндров, располагающихся один в другом. Несколько слоёв обмотки с низким напряжением занимают место близко к сердечнику. Винтовая обмотка высокого напряжения устанавливается на специальный цилиндр, выполняющий роль изолятора. Балки, на которых находится обмотка, имеют специальную защиту.
  • Газовое реле. Находясь в трубопроводе между основным и расширительным баком, оно пропускает весь газ, образующийся в процессе нагрева масла. Реле срабатывает даже при минимальном газообразовании. Если объём газа увеличивается, об этом уведомляют световые и звуковые датчики. В случае когда газа образуется очень много, чтобы не допустить разложения масляных веществ, происходит автоматическое срабатывание выключателей во всём трансформаторе.
  • Гильза для термометра. Термометр требуется для постоянного отслеживания температуры поверхностных слоёв масла.
  • Осушитель воздуха. Не даёт влаге из воздуха попадать в масло и ухудшать его диэлектрические параметры.
  • Выхлопная труба. Для того чтобы масло поступало в нужном количестве, один край трубы соединяется с основным баком трансформатора, второй находится на уровне чуть выше расширителя.
  • Предохранительная мембрана. Крепится на край выхлопной трубы, выполняет защитную функцию при аварийном скачке напряжения. В некоторых устройствах вместо мембраны может использоваться сильфон или клапанные элементы.
  • Проходные изоляторы. С их помощью обеспечивается безопасное функционирование прибора. Для удобства управления прибор оснащается ручкой на крышке бака.

https://youtube.com/watch?v=fYUtgW0j2S0

Как выбрать силовой трансформатор

Трансформатор – это сердце понижающих и распределительных подстанций. Выбор силового трансформатора сопряжен с рядом нюансов и особенностей, которые были рассмотрены в данной статье. Основные учитываемые параметры следующие:

  1. Первичное напряжение (ВН) – уровень высокого напряжения питающей сети. Например, 6, 10 или 20кВ.
  2. Вторичное напряжение (НН) – уровень низкого напряжения, необходимого для питания потребителей электроэнергии. Например, 0,38кВ или 0,23кВ.
  3. Количество фаз и частота (Гц).
  4. Нагрузка в кВА, учитывающая потенциальный рост мощности в будущем.
  5. Место установки силового трансформатора: снаружи/внутри помещения.
  6. График нагрузки.
  7. Категория надежности электроснабжения потребителей.
  8. Перегрузочная способность трансформатора.

Когда дело касается выбора номинальной мощности исходят из суточного графика нагрузки, отображающего среднесуточную и максимальную активную нагрузку (кВт), а также из расчетной активной нагрузки (когда нет суточных графиков), темпа роста нагрузки и стоимости электроэнергии. Различают следующие типы силовых трансформаторов, представленные в таблице:

Основные показатели мощности силовых трансформаторов.

Если брать в качестве определяющих критериев другие показатели и характеристики, то можно выделить следующие виды силовых трансформаторов:

  • количество фаз – одна или три. Трехфазный силовой трансформатор является наиболее распространенным электротехническим устройством, которое используется на подстанциях;
  • число обмоток – трех- или двухобмоточные;
  • по своему назначению трансформаторы могут быть повышающими или понижающими;
  • если брать за критерий место установки, то различают внешние и внутренние устройства;
  • по типу охлаждения устройства делятся на две категории – силовые сухие трансформаторы (с воздушным охлаждением) и силовые масляные трансформаторы.

Вне зависимости от типа, мощностных характеристик или габаритных размеров принцип действия силового трансформатора базируется на основе явления электромагнитной индукции. При подаче на устройство тока с определенными характеристиками он проходит через замкнутый магнитопровод и попадает на первичную и вторичную обмотку.

В зависимости от числа витков в обмотках определяется коэффициент напряжений. Если в первичной обмотке число витков меньше – то это повышающий трансформатор, если наоборот, то речь идет о понижающем трансформаторе.

В практических условиях значение номинальной мощности выбирают в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки. Номинальная полная мощность трансформатора должна быть выше расчетной полной мощности. Необходимо также учитывать и температуру, при которой эксплуатируется трансформатор.

Трансформаторы специального назначения

Преобразователи напряжения, которые не предназначены для питания осветительной и силовой нагрузки, относятся к специальным трансформаторам. Они бывают нескольких видов: измерительные, сварочные, автотрансформаторы.

Измерительные преобразователи напряжения

Измерительные трансформаторы применяются для включения приборов измерения в цепи высокого напряжения. Их использование позволяет:

  • расширить границы измерения установок переменного тока;
  • увеличить защиту лиц, обслуживающих аппараты;
  • применять для измерения приборы небольшого размера и веса.
READ  Тонкопленочные солнечные батареи

Первичная обмотка измерительных трансформаторов подключается в сеть, а к вторичной присоединяются приборы измерения.

Сварочное оборудование

Сварочные трансформаторы снижают напряжение сети (220 В или 380 В) до необходимого 60—70 В. Невысокое напряжение при сварке обеспечивает безопасность лицам, проводящим сварку. Понижение значения напряжения меньше 60 В недопустимо ввиду того, что дуга может попросту не зажечься.

Автотрансформатор с плавным регулированием напряжения

В машинных залах для запуска двигателей большой мощности, а также в лабораториях при проведении различного рода испытаний используются автотрансформаторы.

Основная отличительная черта автотрансформаторов — наличие электрического соединения между первичной и вторичной обмотками. В понижающих автотрансформаторах этот факт является недостатком, так как при недостаточном соблюдении техники безопасности, при аварийном режиме, поломке прибора, жизнь и здоровье обслуживающего персонала может оказаться под угрозой.

Назначение и принцип действия трансформатора

Назначение и принцип действия трансформатора — это  передача электрической энергии на значительные расстояния от электростанций к различным потребителям: промышленным предприятиям, населению и т.п, с помощью электродвижущей силы и магнитной индукции.

Трансформаторы позволяют значительно экономить на стоимости проводов, а также снижают потери электроэнергии в линиях электропередач. Так как от силы тока зависит сечение проводов то, увеличивая напряжение и снижая силу тока (не снижая при этом передаваемую мощность) можно эффективно предавать напряжение на значительные расстояния.

передача электроэнергии трансформаторами

Это позволяет экономить  на линиях электропередач:

  1. Используя провода с меньшим поперечным сечение, снижается расход  цветных металлов;
  2. Уменьшаются потери мощности при передаче электроэнергии на большие расстояния.

На электростанциях вырабатывается электрическая энергия посредством синхронных генераторов и составляет от 11 кВ до 20кВ, в некоторых случаях может применяться напряжение 30-35 кВ.  Эти величины не подходят как в быту, так и на промышленном производстве из-за слишком высокого напряжения. Но эти напряжения также недостаточны для экономичной передачи электроэнергии на расстояния. Поэтому на выходе из электростанций ставятся повышающие трансформаторы, которые повышают напряжение до 750 кВ, U=750kV напряжение которое непосредственно передается по линиям электропередач.

Приемники электрической энергии: различные бытовые приборы, электродвигатели, станки на производстве из-за соображения безопасности и конструктивными сложностями изготовления (требования к усиленной изоляции), также не могут работать с такими высокими напряжениями.  Они рассчитываются на более низкое напряжения, как правило, это 220V в быту и 380V на производстве.

Повышающие трансформаторы используют для передачи электроэнергии на большие расстояния, понижающие для распределения электроэнергии в точке разветвления потребителей.

Электрическая энергия по пути движения от электростанции до потребителя может трансформироваться 3 или 4 раза. Преобразование электроэнергии происходит с помощью магнитопровода трансформатора и переменного магнитного поля.

Принцип действия и режимы работы

Простой трансформатор снабжен сердечником из пермаллоя, феррита и двумя обмотками. Магнитопровод включает комплект ленточных, пластинчатых или формованных элементов. Он передвигает магнитный поток, возникающий под действием электричества. Принцип работы силового трансформатора заключается в преобразовании показателей силы тока и напряжения с помощью индукции, при этом постоянной остается частота и форма графика движения заряженных частиц.

В трансформаторах повышающего типа схема предусматривает повышенное напряжение на вторичной обмотке по сравнению с первичной катушкой. В понижающих агрегатах входной вольтаж выше выходного показателя. Сердечник со спиральными витками располагается в емкости с маслом.

При включении переменного тока на первичной спирали образуется переменное магнитное поле. Оно замыкается на сердечнике и затрагивает вторичную цепь. Возникает электродвижущая сила, которая передается подключенным нагрузкам на выходе трансформатора. Функционирование станции проходит в трех режимах:

  1. Холостой ход характеризуется разомкнутым состоянием вторичной катушки и отсутствием тока внутри обмоток. В первичной спирали течет электричество холостого хода, составляющее 2-5% номинального показателя.
  2. Работа под нагрузкой проходит с подключением питания и потребителей. Силовые трансформаторы показывают энергию в двух обмотках, работа в таком регламенте является распространенной для агрегата.
  3. Короткое замыкание, при котором сопротивление на вторичной катушке остается единственной нагрузкой. Режим позволяет выявить потери для разогрева обмоток сердечника.

Режим холостого хода

Электричество в первичной спирали равно значению переменного намагничивающего тока, вторичный ток показывает нулевые показатели. Электродвижущая сила начальной катушки в случае ферромагнитного наконечника полностью замещает напряжение источника, отсутствуют нагрузочные токи. Работа на холостом ходу выявляет потери на мгновенное включение и вихревые токи, определяет компенсацию реактивной мощности для поддержания требуемого вольтажа на выходе.

В агрегате без ферромагнитного проводника потерь на изменение магнитного поля нет. Сила тока холостого режима пропорциональна сопротивлению первичной обмотки. Способность противостоять прохождению заряженных электронов трансформируется при изменении частоты тока и размера индукции.

Работа при коротком замыкании

На первичную катушку поступает небольшое переменное напряжение, выходы вторичной спирали накоротко соединены. Показатели вольтажа на входе подбирают так, чтобы ток короткого замыкания соответствовал расчетному или номинальному значению агрегата. Размер напряжения при коротком замыкании определяет потери в катушках трансформатора и расход на противодействие материалу проводника. Часть постоянного тока преодолевает сопротивление и преобразуется в тепловую энергию, сердечник греется.

Напряжение при коротком замыкании рассчитывается в процентном отношении от номинального показателя

Параметр, полученный при работе в этом режиме, является важной характеристикой агрегата. Умножив его на ток короткого замыкания, получают мощность потерь

READ  Системы электроснабжения: ждать нельзя модернизировать

Рабочий режим

При подсоединении нагрузки во вторичной цепи появляется движение частиц, вызывающее магнитный поток в проводнике. Оно направлено в другую сторону от потока, продуцируемого первичной катушкой. В первичной обмотке происходит разногласие между электродвижущей силой индукции и источника питания. Ток в начальной спирали повышается до того времени, когда магнитное поле не приобретет первоначальное значение.

Магнитный поток вектора индукции характеризует прохождение поля через выбранную поверхность и определяется временным интегралом мгновенного показателя силы в первичной катушке. Показатель сдвигается по фазе под 90˚ по отношению к движущей силе. Наведенная ЭДС во вторичной цепи совпадает по форме и фазе с аналогичным показателем в первичной спирали.

Watch this video on YouTube

Конструкция устройства

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения — более низкого или более высокого. Трансформаторы, понижающие напряжение, называют понижающими, а повышающие напряжение — повышающими.

Трансформаторы изготовляют двухобмоточные и трехобмоточные. Последние кроме обмотки НН и ВН имеют обмотку СН (среднего напряжения). Трехобмоточный силовой трансформатор позволяет снабжать потребителей электроэнергией разных напряжений.

Схема устройства масляного трансформатора.

Обмотка, включенная в сеть источника электроэнергии, называется первичной, а обмотка, к которой присоединены электроприемники,— вторичной. В рассматриваемых распределительных устройствах и подстанциях промышленных предприятий применяют трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в 0,23 и 0,4 кВ.

В зависимости от изолирующей и охлаждающей среды различают трансформаторы масляные ТМ и сухие ТС. В масляных основной изолирующей и охлаждающей средой являются трансформаторные масла, в сухих — воздух или твердый диэлектрик.

В специальных случаях применяют трансформаторы с заполнением баков негорючей жидкостью — совтолом. Основой конструкции трансформатора служит активная часть, состоящая из магнитопровода с расположенными на нем обмотками низшего напряжения 3 и высшего напряжения 2 отводов и переключающего устройства.

Магнитопровод, набранный из отдельных тонких листов специальной трансформаторной стали, изолированных друг от друга покрытием, состоит из стержней, верхнего и нижнего ярма. Такая конструкция способствует уменьшению потерь на нагрев от перемагничивания (гистерезис) и вихревых токов.

Соединительные провода, идущие от концов обмоток и их ответвлений, предназначенные для регулирования напряжения, называют отводами, которые изготовляют из неизолированных медных проводов или проводов, изолированных кабельной бумагой либо гетинаксовой трубкой.

Режим работы и типы, применяемые на тяговой подстанции

Трансформаторы для тяговых подстанций переменного тока делятся на группы с учетом условий эксплуатации.

Устройство, которое устанавливается на железнодорожных сообщениях:

  • Опорные.
  • Тупиковые.
  • Промежуточные.

Опорные устройства применяются для питания других объектов. Тупиковые снабжаются электричеством от соседних трансформаторов, промежуточное устанавливаются между двумя соседями подстанциями.

Специальные виды используются для городского транспорта. Первая группа устройств требует регулярного обслуживания. Вторая работает полностью в автоматическом режиме. Действие третьего вида трансформаторов регулируется с помощью телеуправляемой техники, поэтому и поддержка таких устройств не требует работы обслуживающего персонала.

Изделия для метрополитена:

  • Тяговые.
  • Понизительные.
  • Тягово-понизительные.

Понизительные снабжаются электричеством от городских сетей. Понизительные уменьшают напряжение до 400-220 вольт, питают силовые установки и освещение. Подстанции уменьшают напряжение до необходимого уровня.

Типы и виды трансформаторов

Силовые агрегаты используют в случае преобразования высоковольтного тока и больших мощностей, их не применяют для измерения показателей сети. Установка оправдана в случае разницы между напряжением в сети производителя энергии и цепи, идущей к потребителю. В зависимости от числа фаз станции можно классифицировать как узлы с одной катушкой или многообмоточные устройства.

Однофазный силовой преобразователь устанавливается статически, для него характерны связанные взаимной индукцией обмотки, располагаемые неподвижно. Сердечник выполняется в виде замкнутой рамы, различают нижнее, верхнее ярмо и боковые стержни, где располагаются спирали. Активными элементами выступают катушки и магнитопровод.

Обвивки на стержнях находятся в установленных сочетаниях по числу и форме витков или устраиваются в концентрическом порядке. Наиболее распространена и часто применяется цилиндрическая обвивка. Конструктивные элементы агрегата фиксируют части станции, изолируют проходы между витками, охлаждают части и предупреждают поломки. Продольная изоляция охватывает отдельные витки или их сочетания на сердечнике. Главные диэлектрики используют для предупреждения перехода между заземлением и обмотками.

В схемах трехфазных сетей электричества ставят двухобмоточные и трехобмоточные установки для равномерного распределения нагрузки между входами и выходами или устройства замещения для одной фазы. Трансформаторы с масляным охлаждением содержат магнитопровод с обмотками, которые расположены в баке с веществом.

Обвивки устраиваются на общем проводнике, при этом предусмотрены первичные и вторичные контуры, взаимодействующие благодаря возникновению общего поля, тока или поляризации при перемещении заряженных электронов в магнитной среде. Такая общая индукция затрудняет определение рабочих показателей установки, высокого и низкого напряжения. Используется план замещения трансформатора, при которой обмотки взаимодействуют не в магнитной, а в электрической среде.

Применяется принцип эквивалентности действия рассеивающих потоков работе сопротивлений индуктивных катушек, пропускающих ток. Различают спирали с активным сопротивлением индукции. Второй вид представляет собой магнитосвязанные обвивки, передающие частицы без потоков рассеивания с минимальными препятствующими свойствами.

Watch this video on YouTube

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: