Urządzenie i zasada działania transformatorów mocy

W sieci elektroenergetycznej montowany jest statycznie zespół elektryczny z dwoma, trzema lub więcej uzwojeniami. Transformator mocy zmienia napięcie i prąd przemienny bez odchyleń częstotliwości. Przetwornica stosowana w zasilaczach wtórnych nazywana jest urządzeniem obniżającym napięcie. Konstrukcje step-up zwiększają napięcie, są stosowane w liniach wysokiego napięcia o dużej mocy, przepustowości i pojemności.

Obszar zastosowań

W skład zestawu instalacji przeznaczonych do wytwarzania energii elektrycznej wchodzą transformatory mocy. Elektrownie wykorzystują energię atomu, paliwa organicznego, stałego lub płynnego, działają na gaz lub wykorzystują moc strumienia wody, ale konwertery wyjściowe podstacji są niezbędne do normalnego funkcjonowania linii konsumenckich i produkcyjnych.

Jednostki są instalowane w sieciach obiektów przemysłowych, przedsiębiorstwach wiejskich, kompleksach obronnych, inwestycjach naftowych i gazowych. Bezpośrednie przeznaczenie transformatora elektroenergetycznego - obniżanie i podwyższanie napięcia i prądu - jest wykorzystywane do eksploatacji infrastruktury transportowej, mieszkaniowej, handlowej, sieciowej infrastruktury dystrybucyjnej.

Główne części i systemy

Napięcie zasilania i obciążenie są podawane na wejścia, które znajdują się na wewnętrznej lub zewnętrznej listwie zaciskowej. Styk jest mocowany za pomocą śrub lub specjalnych łączników. W zespołach olejowych wloty są umieszczone na zewnątrz po bokach zbiornika lub na pokrywie zdejmowanej obudowy.

Transmisja z uzwojeń wewnętrznych trafia do amortyzatorów elastycznych lub kołków gwintowanych wykonanych z metali nieżelaznych. Transformatory mocy i ich obudowy są izolowane od kołków warstwą porcelany lub tworzywa sztucznego. Luki niwelują uszczelki wykonane z materiału odpornego na oleje i płyny syntetyczne.

Chłodnice obniżają temperaturę oleju z górnej części zbiornika i przenoszą go na boczną dolną warstwę. Urządzenie chłodzące transformatora olejowego mocy jest reprezentowane przez:

• obwód zewnętrzny, który usuwa ciepło z nośnika;
• olej opałowy obiegu wewnętrznego.

Chłodnice są różnych typów:

• grzejniki - zestaw płaskich kanałów ze spawaniem na końcu, umieszczonych w płytach do komunikacji między dolnym a górnym kolektorem;
• zbiorniki tekturowe - umieszczone w zespołach małej i średniej mocy, są zarówno zbiornikiem do obniżania temperatury jak i zbiornikiem roboczym z zagiętą powierzchnią ścian i skrzynką denną;
• wentylatory - wyposażone są w duże moduły transformatorowe do wymuszonego chłodzenia przepływu;
• wymienniki ciepła - stosowane w dużych jednostkach do pompowania płynów syntetycznych za pomocą pompy, ponieważorganizacja naturalnego obiegu wymaga dużo miejsca;
• instalacje wodno-olejowe - rurowe wymienniki ciepła według technologii klasycznej;
• pompy obiegowe to konstrukcje hermetyczne z pełnym zanurzeniem silnika w przypadku braku uszczelek dławnicy.

Urządzenia do transformacji napięcia dostarczane są z urządzeniami sterującymi do zmiany liczby zwojów roboczych. Napięcie na uzwojeniu wtórnym jest modyfikowane przełącznikiem ilości cewek lub ustawiane przez skręcanie przy wyborze lokalizacji zworek. W ten sposób podłącza się przewody uziemionego lub pozbawionego napięcia transformatora. Moduły regulacyjne przetwarzają napięcie w małych zakresach.

W zależności od warunków przełączniki liczby spiral dzielą się na typy:

• urządzenia działające przy wyłączonym obciążeniu;
• elementy, które działają, gdy uzwojenie wtórne jest zwarte do rezystancji.

Załącznik

Przekaźnik gazowy znajduje się w rurce łączącej zbiornik wyrównawczy i roboczy. Urządzenie zapobiega rozkładowi izolujących substancji organicznych, olejów podczas przegrzania oraz drobnych uszkodzeń układu. Urządzenie reaguje na powstawanie gazu w przypadku awarii, daje sygnał alarmowy lub całkowicie wyłącza układ w przypadku zwarcia lub niebezpiecznego spadku poziomu cieczy.

Termopary są umieszczone w górnej części zbiornika w kieszeniach do pomiaru temperatury. Działają na zasadzie obliczeń matematycznych, aby zidentyfikować najbardziej nagrzaną część jednostki. Nowoczesne czujniki oparte są na technologii światłowodowej.

Jednostka ciągłej regeneracji służy do regeneracji i oczyszczania oleju. W wyniku pracy w masie powstaje żużel, dostaje się do niego powietrze.Urządzenia regeneracyjne są dwojakiego rodzaju:

• moduły termosyfonowe, wykorzystując naturalny ruch nagrzanych warstw w górę i przechodząc przez filtr, a następnie opuszczanie schłodzonych strumieni na dno zbiornika;
• jednostki jakości adsorpcyjnej w sposób wymuszony pompują masę przez filtry za pomocą pompy, są umieszczone oddzielnie na fundamencie i są stosowane w obwodach dużych konwertorów.

Moduły ochrony oleju to zbiornik wyrównawczy typu otwartego. Powietrze nad powierzchnią masy jest przepuszczane przez osuszacze żelu krzemionkowego. Adsorbent przy maksymalnej wilgotności zmienia kolor na różowy, co jest sygnałem do jego wymiany.

W górnej części ekspandera jest zainstalowana uszczelka olejowa. Jest to urządzenie do redukcji wilgotności powietrza, pracujące na suchym oleju transformatorowym. Moduł połączony jest ze zbiornikiem wyrównawczym za pomocą rury. U góry zgrzewany jest pojemnik z wewnętrzną separacją w postaci kilku ścianek w formie labiryntu. Powietrze przepuszczane przez olej oddaje wilgoć, następnie jest czyszczone żelem krzemionkowym i dostaje się do ekspandera.

Urządzenia sterujące

Urządzenie upustowe zapobiega nagłemu wzrostowi ciśnienia spowodowanemu zwarciem lub silnym rozkładem oleju i jest przewidziane w konstrukcji mocnych jednostek zgodnie z GOST 11677-1975. Urządzenie wykonane jest w formie rury odprowadzającej, umieszczonej pod kątem do pokrywy transformatora. Na końcu znajduje się szczelna membrana, która może błyskawicznie się rozłożyć i przepuścić spaliny.

Dodatkowo w transformatorze zainstalowane są inne moduły:

1. Na końcu ekspandera umieszczone są czujniki poziomu oleju w zbiorniku, wyposażone w tarczę lub wykonane w formie szklanej rurki połączonych pojemników.
2. Transformatory wbudowane są umieszczone wewnątrz jednostki lub w pobliżu tulei uziemiającej po stronie izolatorów przelotowych lub na szynach niskonapięciowych. W takim przypadku nie ma potrzeby stosowania dużej liczby pojedynczych konwerterów w podstacji z izolacją wewnętrzną i zewnętrzną.
3. Detektor palnych zanieczyszczeń i gazów wykrywa wodór w masie oleju i wyciska go przez membranę. Urządzenie wskazuje początkowy stopień powstawania gazu zanim skoncentrowana mieszanina spowoduje zadziałanie przekaźnika sterującego.
4. Przepływomierz monitoruje ubytki oleju w węzłach pracujących na zasadzie wymuszonego obniżenia temperatury. Urządzenie mierzy różnicę wysokości podnoszenia i określa ciśnienie po obu stronach przeszkody w przepływie. W jednostkach chłodzonych wodą przepływomierze odczytują zużycie wilgoci. Elementy wyposażone są w alarm w razie wypadku oraz tarczę do wyznaczania wskaźników.

Zasada działania i tryby działania

Prosty transformator wyposażony jest w rdzeń z permaloju, ferrytu i dwa uzwojenia. Obwód magnetyczny zawiera zestaw taśm, płytek lub elementów formowanych. Porusza strumień magnetyczny powstający pod wpływem elektryczności. Zasada działania transformatora mocy polega na przetwarzaniu wskaźników prądu i napięcia za pomocą indukcji, przy czym częstotliwość i kształt wykresu ruchu naładowanych cząstek pozostają stałe.

W transformatorach podwyższających obwód zapewnia zwiększone napięcie na uzwojeniu wtórnym w porównaniu z cewką pierwotną. W jednostkach obniżających napięcie wejściowe jest wyższe niż wyjściowe. Rdzeń ze spiralnymi zwojami znajduje się w pojemniku z olejem.

Gdy prąd przemienny jest włączony, na spirali pierwotnej powstaje przemienne pole magnetyczne. Zamyka się na rdzeniu i wpływa na obwód wtórny. Generowana jest siła elektromotoryczna, która jest przenoszona na podłączone obciążenia na wyjściu transformatora. Stacja działa w trzech trybach:

1. Bieg jałowy charakteryzuje się otwartym stanem uzwojenia wtórnego i brakiem prądu wewnątrz uzwojeń. W uzwojeniu pierwotnym płynie prąd bez obciążenia, co stanowi 2-5% wartości nominalnej.
2. Praca pod obciążeniem odbywa się przy podłączeniu zasilania i odbiorców. Transformatory mocy pokazują energię w dwóch uzwojeniach, praca w takich regulacjach jest wspólna dla jednostki.
3. Zwarcie, w którym jedynym obciążeniem pozostaje rezystancja na uzwojeniu wtórnym. Tryb pozwala na identyfikację strat na nagrzewanie uzwojeń rdzenia.

Tryb czuwania

Elektryczność w uzwojeniu pierwotnym jest równa wartości przemiennego prądu magnesującego, prąd wtórny ma wartości zerowe. Siła elektromotoryczna cewki początkowej w przypadku końcówki ferromagnetycznej całkowicie zastępuje napięcie źródła, nie ma prądów obciążenia. Praca na biegu jałowym wykrywa chwilowe straty włączania i prądy wirowe, określa kompensację mocy biernej w celu utrzymania wymaganego napięcia wyjściowego.

W jednostce bez przewodnika ferromagnetycznego nie ma strat spowodowanych zmianą pola magnetycznego. Prąd jałowy jest proporcjonalny do rezystancji uzwojenia pierwotnego. Zdolność do przeciwstawiania się przejściu naładowanych elektronów jest przekształcana poprzez zmianę częstotliwości prądu i wielkości indukcji.

Działanie zwarciowe

Do uzwojenia pierwotnego przykładane jest niewielkie napięcie przemienne, wyjścia uzwojenia wtórnego są zwarte.Wskaźniki napięcia wejściowego dobierane są tak, aby prąd zwarciowy odpowiadał wartości obliczonej lub nominalnej urządzenia. Wielkość napięcia zwarcia determinuje straty w cewkach transformatora i koszt wytrzymania materiału przewodnika. Część prądu stałego pokonuje opór i jest zamieniana na energię cieplną, rdzeń jest nagrzewany.

Napięcie zwarcia obliczane jest jako procent wartości nominalnej. Parametr uzyskiwany podczas pracy w tym trybie jest ważną cechą urządzenia. Pomnożenie go przez prąd zwarciowy daje straty mocy.

Tryb pracy

Kiedy ładunek jest podłączony do obwodu wtórnego, cząstki poruszają się, powodując strumień magnetyczny w przewodzie. Jest kierowany z dala od przepływu wytwarzanego przez wężownicę pierwotną. W uzwojeniu pierwotnym występuje niezgodność między siłą elektromotoryczną indukcji a źródłem zasilania. Prąd w początkowej spirali wzrasta aż do czasu, gdy pole magnetyczne nie osiągnie swojej pierwotnej wartości.

Strumień magnetyczny wektora indukcyjnego charakteryzuje przejście pola przez wybraną powierzchnię i jest określony przez całkę czasową wskaźnika siły chwilowej w uzwojeniu pierwotnym. Wykładnik jest o 90˚ przesunięty w fazie w stosunku do siły napędowej. Indukowany emf w obwodzie wtórnym pokrywa się kształtem i fazą z emf w cewce pierwotnej.

Rodzaje i rodzaje transformatorów

Jednostki zasilające są stosowane w przypadku przetwarzania prądu wysokiego napięcia i dużej mocy, nie służą do pomiaru wydajności sieci.Instalacja jest uzasadniona w przypadku różnicy między napięciem w sieci wytwórcy energii a obwodem dochodzącym do odbiorcy. W zależności od liczby faz stacje można podzielić na jednostki jednocewkowe lub jednostki wielouzwojeniowe.

Przetwornica mocy jednofazowa montowana jest statycznie, charakteryzuje się uzwojeniami połączonymi wzajemną indukcją, położonymi nieruchomo. Rdzeń wykonany jest w formie zamkniętej ramy, znajdują się dolne, górne jarzmo oraz boczne pręty, w których znajdują się spirale. Cewki i rdzeń magnetyczny działają jako elementy aktywne.

Uzwojenia na prętach są w ustalonych kombinacjach zgodnie z liczbą i kształtem zwojów lub są ułożone koncentrycznie. Najczęstsze i najczęściej używane owijanie cylindryczne. Elementy konstrukcyjne agregatu mocują części stacji, izolują przejścia między wężownicami, chłodzą części i zapobiegają awariom. Izolacja wzdłużna obejmuje pojedyncze zwoje lub ich kombinacje na rdzeniu. Dielektryki pierwotne służą do zapobiegania przechodzeniu między masą a uzwojeniami.

W schematach trójfazowych sieci elektrycznych instalowane są instalacje dwuuzwojeniowe i trójuzwojeniowe w celu równomiernego rozłożenia obciążenia między wejściami i wyjściami lub urządzenia zastępcze dla jednej fazy. Transformatory chłodzone olejem zawierają obwód magnetyczny z uzwojeniami, które znajdują się w zbiorniku z substancją.

Uzwojenia są umieszczone na wspólnym przewodniku, podczas gdy obwody pierwotny i wtórny wchodzą w interakcje w wyniku pojawienia się wspólnego pola, prądu lub polaryzacji, gdy naładowane elektrony poruszają się w ośrodku magnetycznym. Ta całkowita indukcja utrudnia określenie wydajności instalacji, wysokiego i niskiego napięcia.Stosowany jest plan zastępowania transformatora, w którym uzwojenia oddziałują nie w środowisku magnetycznym, ale w środowisku elektrycznym.

Stosowana jest zasada równoważności działania przepływów dyssypacyjnych z pracą rezystancji cewek indukcyjnych przepuszczających prąd. Rozróżnij spirale z aktywnym oporem indukcji. Drugi typ to owijki wiązane magnetycznie, które przenoszą cząsteczki bez rozpraszania strumieni przy minimalnych właściwościach obturacyjnych.

Podobne artykuły: