Что такое силовой трансформатор, его назначение и конструктивные особенности

Электротехническое устройство с несколькими обмотками, предназначенное для преобразования тока с переменным напряжением в требуемые значения, называется силовым трансформатором. Конструкция и принцип работы схожа у всех типов СТ.  Его работа основывается на принципе электромагнитной индукции, с помощью которой достигаются заданные выходные параметры без изменения мощности.

К ним относятся трехфазные и многофазные с мощностью от 6,3 кВА и однофазные с мощностью от 5 кВА. В данной статье разобраны главные принципы функционирования силовых трансформаторов.

Ниже приведены их технические характеристики и различия в их устройстве. В качестве бонуса в конце статье читатель найдет видео c наглядным разбором устройства и справочную книгу Лизунова С.Д., Лоханина А.К.

«Силовые трансформаторы».

Силовой трансформатор: незаменимое электротехническое устройство.

Внешний вид и сфера применения

При выборе нового силового трансформатора необходимо обратить пристальное внимание на следующие детали:

1. Нет ли течи масла из-под крепежных соединений.
2. Не потрескались ли резиновые уплотнители под фарфоровыми изоляторами.
3. Надежно ли зафиксированы шпильки вводов трансформатора.
4. Исправен ли указатель уровень масла.
5. Четко ли срабатывает анцапфа (ручка регулирования напряжения без возбуждения).

Внутреннее устройство силового трансформатора.

Такая передача связана с большими энергетическими потерями, поэтому ее осуществляют по принципу двойной трансформации.

С этой целью электроэнергию от генераторов изначально направляют на трансформаторную подстанцию, где увеличивают амплитуду напряжения. Электричество по высоковольтным линиям передач достигает второй – удаленной подстанции. Здесь силовой трансформатор понижает напряжение до необходимого уровня и распределяет электроэнергию между потребителями.

Устройство трансформатора

Чтобы снизить потери при транспортировке электроэнергии на определенные расстояния, применяется метод трансформации, который заключается в преобразовании отдельных характеристик переменного тока и амплитуды напряжения.

Фактически это выглядит так: генератор вырабатывает электроэнергию, которая по проводам попадает на подстанцию, где амплитуда напряжения повышается, и ток подается дальше на следующий пункт назначения.

Для тех, кому будет интересно почитать, материал в тему: что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать.

На каждой подстанции есть специальные электротехнические устройства – силовые трансформаторы, по которым и передается ток. Назначение силовых трансформаторов заключается в преобразовании электроэнергии и сокращении потерь при транспортировке от источника к потребителю. В конструкцию силового аппарата входят:

• несколько изолированных обмоток (две или более);
• клеммы и выводы;
• магнитопроводы;
• система охлаждения;
• стабилизирующая система;
• устройство регулирования напряжения;
• дополнительного навесного оборудования.

Назначение выводов – подвод напряжения к устройству. В зависимости от вида трансформатора выводы могут иметь различную изоляцию:

• маслобарьерную;
• бумажно-масляную;
• полимерную;
• элегазовую;
• изоляцию на главной покрышке.

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:

1. 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.
2. 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.
3. Принудительная вентиляция. Навесные вентиляторы применяют для трансформаторов большой мощности. Благодаря постоянному принудительному охлаждению удается повысить производительность системы до 20-25%.
4. Охладители масляно-водяные. На сегодняшний день такие комбинированные конструкции используются чаще всего благодаря их простоте и высокой эффективности.
5. Циркуляционные насосы. Устройство обеспечивает регулярное перемещение горячего масла в нижний контур, заменяя его холодным.

Гидравлическая схема силового трансформатора.

Масляные аппараты требуют наличия охладителя для перераспределения масла высокой и низкой температуры между верхней и нижней частью. Такие устройства имеют двухконтурное строение, причем внешний и внутренний контуры напрямую не связаны друг с другом. Внутренний контур передает тепло от нагретых частей к маслу, а благодаря внешнему контуру энергия от масла передается в окружающую среду.

Регулировка напряжения

Чтобы изменить коэффициент трансформации силового трансформатора, в конструкции предусмотрены устройства для регулировки напряжения. Фактически они уменьшают или увеличивают количество витков в обмотке. В зависимости от типа устройства оно может работать без нагрузки или под воздействием напряжения.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать о трансформаторах тока.

Дополнительное оборудование

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

Газовое реле 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.

1. Индикаторы температуры. Специальные датчики на основе термопар регулярно проводят замеры температуры масла в самых горячих точках.
2. 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.
3. Система постоянной регенерации масла.
4. Защита от повышения давления внутри емкости. Система комбинируется с устройствами сброса лишнего давления и работает в автоматическом режиме.
5. 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.

Изоляция силовых трансформаторов может быть жидкой (трансформаторное масло) или сухой (литая изоляция). Выбор типа изоляции силового трансформатора напрямую сопряжен с местоположением данного оборудования: внутри помещения или вне его.

Маслобарьерная изоляция силового трансформатора.

При эксплуатации силового трансформатора за пределами помещения, предпочтение отдают жидкой изоляции (например, трансформаторы серии ТМ и ТМГ). Тогда как сухие трансформаторы (например, ТСЗ и ТЛС) применяют при установке в помещении. Жидкая изоляция дольше служит и эффективнее охлаждает трансформатор, но сильнее подвержена воспламенению.

Для охлаждения обмоток сухих силовых трансформаторов используется приточная вентиляция. При установке такого оборудования в жарком климате необходимо обратить особое внимание на применение дополнительной вентиляции.

Интересный материал для ознакомления: малоизвестные факты о двигателях постоянного тока.

Конструктивное исполнение обмоток

Алюминиевые обмотки применяются в относительно недорогих силовых трансформаторах, тогда как оборудование с медными обмотками выгодно отличается более компактными габаритами и механической прочностью.

Стоит обратить внимание и на материал сердечника трансформатора, ведь только высококачественная многослойная электротехническая сталь позволяет снизить потери на гистерезис и вихревые токи.

Концентрическое и чередующее расположение обмоток.

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 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.

Выбор группы и схемы соединения обмоток силового трансформатора

Указанные параметры выбирают таким образом, чтобы они исключали возникновение высших гармоник и выравнивали нагрузку по стороне ВН при неравномерной нагрузке по стороне НН.

Конкретные схема и группа определяются исходя из параметров питающей сети и подключенной нагрузки.

Группу и схему соединения необходимо учитывать при параллельном включении силовых трансформаторов, так как их совпадение является обязательным условием параллельной работы.

Выбор электроприбора

Как правило, выбирают 1 или 2 трансформатора. Использование одного силового трансформатора допускается для питания потребителей III категории, и когда потребитель электроэнергии любой категории подключен через замкнутые сети или через незамкнутые, но соединенные резервными линиями.

В свою очередь, два силовых трансформатора выбирают для электроснабжения потребителей I и II категорий, когда по стороне НН у них нет связи с другими подстанциями.

При взаимном резервировании мощность силовых трансформаторов выбирают идентичной (например, два трансформатора по 1000кВА).

Двухтрансформаторные ТП применяют, когда преобладают потребители I категории и при высокой удельной плотности нагрузок более 0,5-0,7 кВА/м2. В видеоролике ниже подробнее рассказано о том, как выбирают силовые трансформаторы.

Заключение

В данной статье были перечислены основные критерии выбора силовых трансформаторов, которые нужно принять во внимание. Больше информации о современных силовых трансформаторах, их основных разновидностях, типах конструкции и новейших разработках в этой сфере можно узнать в справочной книге Лизунова С.Д., Лоханина А.К. «Силовые трансформаторы».

В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet . В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.epusk.ru

www.kesch.ru

www.elektro-expo.ru

www.rill.ru

Будет интересно➡  Что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать

Источник: https://ElectroInfo.net/transformatory/kak-ustroen-silovoj-transformator-i-gde-ego-primenjajut.html

Устройство и принцип действия силовых трансформаторов

Электротехнический агрегат, имеющий две, три или больше обмоток, статически устанавливается в электросеть. Силовой трансформатор изменяет переменное напряжение и ток без отклонения частоты.

Преобразователь, применяемый во вторичных источниках питания, называют понижающим устройством.

Повышающие конструкции увеличивают напряжение, используются в высоковольтных ЛЭП с большими мощностью, пропускной способностью и емкостью.

Область применения

В комплект установок, предназначенных для генерирования электричества, входят силовые трансформаторы. Электростанции используют энергию атома, органического, твердого или жидкого топлива, работают на газе или применяют силу водяного потока, но преобразователи выходных показателей подстанций необходимы для нормального функционирования потребительских и производственных линий.

Агрегаты устанавливают в сетях промышленных мощностей, сельских предприятий, на оборонных комплексах, разработках нефти и газа. Прямое назначение силового трансформатора – понижать и повышать напряжение и силу тока – используется для работы транспортной, жилищной, торговой инфраструктуры, сетевых распределительных объектов.

Основные детали и системы

Питающее напряжение и нагрузка подаются на вводы, которые располагаются на внутренней или наружной колодке для клемм. Контакт закрепляется болтами или специальными соединителями. В масляных агрегатах вводы устраиваются снаружи по сторонам бака или на крышке съемного корпуса.

Передача от внутренних обмоток идет на гибкие демпферы или резьбовые шпильки из цветных металлов. Силовые трансформаторы и их корпуса изолируются от шпилек фарфоровым или пластиковым слоем. Зазоры устраняются прокладками из материала, стойкого к действию масел и синтетических жидкостей.

Охладители снижают температуру масла из верхней области бака и передают его в боковой нижний слой. Остужающее устройство силового масляного трансформатора представлено:

• внешним контуром, снимающим тепло с носителя;
• внутренней цепью, нагревающей масло.

Охладители бывают разных видов:

• радиаторы – совокупность плоских каналов со сваркой на торце, расположенных в пластинах для сообщения между нижними и верхними коллекторами;
• гофрированные резервуары – ставятся в мало- и среднемощных агрегатах, являются одновременно емкостью для понижения температуры и рабочим баком со складчатой поверхностью стенок и нижней коробкой;
• вентиляторы – ими оборудуются большие трансформаторные модули для принудительного охлаждения потока;
• теплообменники – применяют в больших узлах для перемещения синтетических жидкостей с помощью насоса, т. к. организация естественной циркуляции требует много места;
• водно-масляные установки – трубчатые теплообменники по классической технологии;
• циркуляционные насосы – герметичные конструкции с полным погружением двигателя при отсутствии сальниковых прокладок.

Оборудование для трансформации напряжения снабжается регулирующими устройствами для изменения числа рабочих витков.

Вольтаж на вторичной обмотке модифицируется с помощью переключателя количества спиралей или устанавливается болтовым соединением при выборе расположения перемычек.

Так подсоединяются выводы заземленного или обесточенного трансформатора. Регулирующие модули преобразуют напряжение в небольших диапазонах.

В зависимости от условий переключатели количества спиралей делят на виды:

• устройства, работающие при выключенной нагрузке;
• элементы, функционирующие при замыкании вторичной обмотки на сопротивление.

  Как выбрать бесперебойник для газового котла?

Навесное оборудование

Газовое реле располагается в соединительной трубке между расширительным и рабочим баками. Прибор предупреждает разложение изолирующей органики, масла при перегреве и небольшие повреждения системы. Устройство реагирует на газообразование при неполадках, подает тревожный сигнал или полностью отключает систему в случае короткого замыкания или опасного понижения уровня жидкости.

Вверху бака в карманах ставят термопары для измерения температуры. Они работают по принципу математического расчета для выявления наиболее разогретой части агрегата. Современные датчики создаются на основе технологии оптоволокна.

Узел беспрерывной регенерации используется для восстановления и очистки масла. В результате работы в массе образуется шлак, в нее попадает воздух. Устройства регенерации бывают двух типов:

• термосифонные модули, использующие естественное перемещение нагретых слоев вверх и прохождение через фильтр, последующее опускание охлажденных потоков на дно бака;
• адсорбционные установки качества принудительно перекачивают массу через фильтры насосом, располагаются отдельно на фундаменте, используются в схемах преобразователей больших габаритов.

Модули для защиты масла представляют собой расширительный бак открытого типа. Воздух над поверхностью массы пропускается через поглотители влаги с силикагелем. Адсорбирующее вещество при максимальной влажности становится розовым, что служит сигналом к его замене.

Вверху расширителя устанавливают масляный затвор. Это прибор для снижения влажности воздуха, работающий на трансформаторном сухом масле. Модуль с помощью патрубка соединяется с расширительным баком.

Вверху приваривается емкость с внутренним разделением в виде нескольких стенок по форме лабиринта. Воздух пропускается через масло, отдает влагу, затем очищается силикагелем и поступает в расширитель.

Контролирующие устройства

Прибор для сброса давления предупреждает аварийный скачок напора из-за короткого замыкания или сильного разложения масла и предусмотрен в конструкции мощных агрегатов в соответствии с ГОСТ 11677-1975.

Устройство выполняется в виде сбрасывающей трубы, располагающейся под наклоном к трансформаторной крышке. На конце находится герметичная мембрана, способная моментально раскладываться и пропускать выхлоп.

Кроме этого, в трансформаторе устанавливаются и другие модули:

1. Датчики уровня масла в баке, снабжены циферблатом или выполнены в виде стеклянной трубки сообщающихся емкостей, ставят на торце расширителя.
2. Встроенные трансформаторы устраивают внутри агрегата или недалеко от заземляющего рукава на стороне изоляторов проходного типа или на шинах с низким вольтажом. В этом случае не нужно большое число отдельных преобразователей на подстанции с внутренней и внешней изоляцией.
3. Детектор горючих примесей и газов выявляет водород в масляной массе и выдавливает его сквозь мембрану. Прибор показывает начальную степень газообразования до того, как концентрированная смесь заставит действовать контролирующее реле.
4. Расходомер контролирует потери масла в подстанциях, работающих по принципу принудительного снижения температуры. Прибор измеряет разницу напора и определяет давление с двух сторон от возникшего препятствия в потоке. В агрегатах, работающих на водяном охлаждении, расходомеры считывают потребление влаги. Элементы снабжаются сигнализацией на случай аварии и циферблатом для определения показателей.

  Обзор трехфазного электросчетчика марки Меркурий 230

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.

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.

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.

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.

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.

Источник: https://odinelectric.ru/equipment/ustrojstvo-silovyh-transformatorov

Силовые трансформаторы

УСТРОЙСТВО — ХАРАКТЕРИСТИКИ — ВЫБОР — ОБСЛУЖИВАНИЕ

Силовой трансформатор это устройство, в котором используется принцип электромагнитной индукции для преобразования значения напряжения переменного тока без изменения его частоты. Может преобразовываться как значение напряжения, так и его система (трехфазная, однофазная) с сохранением мощности (с учетом КПД).

Основная область применения силовых трансформаторов это распределение и передача электрической энергии. В цепи передачи электроэнергии от электростанции до конечных потребителей задействовано несколько силовых трансформаторов, первый из которых установлен в начале линии, возле электростанции.

Потери в линиях электропередач тем ниже, чем выше напряжение, поэтому первичные трансформаторы делаются повышающими.

Конечные потребители используют низкие значения напряжения. В зависимости от системы распределения и передачи электроэнергии на пути к потребителю может устанавливаться большое количество трансформаторов для понижения напряжения.

Также к силовым относятся преобразователи, используемые для технологических целей — сварочные и электропечные для питания плавильных печей.

Можно использовать следующую классификацию силовых трансформаторов по таким их параметрам как:

• количеству обмоток — двух- и многообмоточные;
• количеству фаз — одно- и трехфазные;
• назначению — понижающие и повышающие;
• типу исполнения — сухие, масляные и с жидким негорючим диэлектриком;
• возможности регулирования выходного напряжения — нерегулируемые и регулируемые (регулируемые под нагрузкой РПН и с переключателем без возбуждения ПБВ);
• климатическому исполнению — наружные и внутренние.

Мощность силового трансформатора может начинаться от 4 кВА и превышать 200000 кВА, а напряжение на обмотках достигать значения выше 330 кВ.

Конструкция и устройство

Конструкцию трансформатора составляют сердечник и несколько обмоток. Переменный ток, проходящий через витки первичной обмотки создает магнитный поток в сердечнике, который, в свою очередь, индуцирует ЭДС во всех остальных обмотках.

Основу любого силового трансформатора составляет сердечник из ферромагнитного материала с несколькими обмотками. Для магнитопровода сердечника используется специальное тонколистовое трансформаторное железо с магнитомягкими свойствами.

Листы железа в сердечнике собираются таким образом, чтобы стержни, на которых размещаются обмотки, имели форму, которая приближается в сечении к кругу.

Обмотки трансформатора выполняют в большинстве случаев из изолированных медных проводов круглого или прямоугольного сечения. Обычно первой наматывается обмотка низкого напряжения, поскольку уменьшаются затраты на изолирование обмотки от сердечника.

Между отдельными слоями обмоток, а также между самими обмотками при изготовлении предусматривают пустоты для циркуляции охладителя.

В качестве охладителя в мощных трансформаторах применяется масло, которое отбирает тепло от обмоток и передает его в окружающую среду через радиаторные трубки.

Масляная система охлаждения оборудована устройствами для компенсации температурного расширения масла и удаления из него влаги. Имеются устройства защиты, которые размыкают электрическую цепь при резком повышении давления и клапаны сброса давления.

Особые технологи выполнения обмоток и изоляции позволили производить силовые трансформаторы, которые не нуждаются в громоздком и пожароопасном масляном оборудовании. Такие изделия получили название «сухих».

В начало

Основные технические характеристики

Силовые трансформаторы характеризуются:

• мощностью;
• значением напряжений высоковольтной и низковольтной обмоток;
• типом соединения и количеством катушек.

Для удобства классификации все силовые трансформаторы разбиты на 9 габаритных групп по своим основным характеристикам. Так, силовые трансформаторы с мощностью от 4 до 100 кВА и напряжением не выше 35 кВ, входят в первую группу.

Трансформаторы, у которых мощность выше 200000 кВА, а напряжение от 35 до 330 кВ, входят в 8-ю группу. Более мощные силовые трансформаторы находятся в 9-й группе.

Кроме мощности важной характеристикой является количество и исполнение обмоток. Большинство силовых трансформаторов имеют две трехфазных обмотки.

Два основных класса трансформаторов — сухие и масляные, характеризуются способами охлаждения — естественное или принудительное.

Такое решение также увеличивает точность регулировки, поскольку для переключения на одну и ту же величину, количество витков обмотки высокого напряжения больше.

Регулировка с отключением нагрузки (переключатель без возбуждения — ПБВ) конструктивно проще, но имеет небольшой предел изменения напряжения — не больше ± 5% и требует полного отключения питания и нагрузки во время переключения. Более сложно выполняется регулировка под нагрузкой — РПН, но там гораздо больший предел регулирования — вплоть до 16 % в обе стороны.

Следующая характеристика силовых трансформаторов — конструктивные особенности и климатическое исполнение. Основным параметром здесь является степень защиты электрооборудования.

В начало

Выбор силового трансформатора

Основным критерием выбора трансформатора на предприятии является его мощность и требования к надежности питания. Для отдельных категорий потребителей необходимо увеличивать количество устанавливаемых устройств для обеспечения бесперебойного питания.

Залогом высокой финансовой эффективности оборудования является грамотное проектирование оптимальной сети распределения электроэнергии.

Но, кроме текущих затрат на приобретение и обслуживание установленных устройств преобразования электроэнергии, следует продумать перспективу развития или переоборудования производства, что повлечет за собой изменение требований к техническим характеристикам силовых трансформаторов.

Для обеспечения бесперебойного питания на предприятиях устанавливается два силовых трансформатора. Их мощность рассчитывается с тем условием, чтобы при неисправности одного из них, второй мог обеспечить потребителей нормальным питанием с учетом перегрузочной способности.

То есть, если на предприятии установлены два трансформатора, и они работают с коэффициентом загрузки по 0.7 каждый, то при отказе одного из них, второй будет работать с перегрузкой 40 %.

Использовать оборудование с низким коэффициентом загрузки экономически нецелесообразно.Также нужно учитывать колебания величины нагрузки в зависимости от времени.

При выборе силовых трансформаторов также необходимо уделять внимание защите. Защита бывает двух основных видов — защита от перегрузок т от внутренних повреждений. Для защиты от перегрузок применяется дифференциальная защита, в основе которой лежат трансформаторы тока, установленные на каждой фазе.

К внутренней защите относятся устройства, которые контролируют:

• уровень и давление масла;
• температуру обмоток и сердечника;
• наличие газов.

В начало

Ремонт и техническое обслуживание

Силовые трансформаторы работают с большими значениями напряжений и мощностей, поэтому их надежность во многом зависит от правильности и полноты технического обслуживания.

Для того оборудования, которое установлено в местах с постоянным нахождением дежурного персонала, производятся ежедневные осмотры с контролем показаний измерителей температуры и давления. Контролируются следующие показатели:

• уровень масла;
• степень истощения влагопоглотителя;
• состояние устройств регенерации масла;
• отсутствие подтеканий и механических повреждений корпуса и радиаторных трубопроводов.

Для тех устройств, где не предусмотрено постоянное дежурство персонала, осмотры производятся один раз в месяц. Еще реже — 1 раз в полгода, осматриваются трансформаторные пункты.

В случае необходимости производят доливку масла или его смену, если по данным обследования, оно не удовлетворяет требованиям. Критерием при визуальном осмотре является цвет масла. При наличии аварийных режимов или резкой смены температуры окружающего воздуха производят внеплановые осмотры устройств. При этом проверяется также состояние устройств защиты.

Один раз в год и при капитальных ремонтах производят лабораторный анализ масла.

Необходимость периодического обслуживания устройств регулировки напряжения на силовых трансформаторах вызвана тем, что выполненные из меди или латуни контактные группы окисляются, в связи с чем растет их переходное сопротивление.

В начало

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Источник: https://eltechbook.ru/transformatory_silovye.html

Устройство и виды силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы представляют собой устройства, работа которых основана на принципе электромагнитной индукции.

Агрегат способен преобразовать напряжение переменного тока, сохранив при этом значение его частоты. Особенности прибора позволяют сохранить мощность, а также поменять систему сети (однофазная, трехфазная).

Чтобы понять, что такое силовые трансформаторы, необходимо рассмотреть их устройство и принцип действия.

Область применения

Устройство трансформатора силового позволяет транспортировать электричество на большие расстояния. От объекта, который его вырабатывает, до конечного потребителя расстояние может насчитывать тысячи километров.

Рассказать кратко о силовых трансформаторах позволяет схема перемещения электричества. Чтобы избежать его искажений и потерь применяется принцип трансформации. Генераторы вырабатывают электричество и передают его на подстанцию.

Здесь повышается напряжение, и ток с требуемыми характеристиками передается в линии электропередач.

На другой стороне ЛЭП подводится к удаленной подстанции. Через этот объект осуществляется распределение тока между всеми потребителями. Для этого напряжение понижается.

Чтобы преобразовывать электричество большой мощности на обеих подстанциях функционируют представленные устройства. Это трансформаторы и автотрансформаторы.

Технические характеристики этих устройств практически идентичны. Отличается их принцип функционирования.

Первый повышающий силовой трансформатор находится непосредственно возле ЛЭП электростанции. Последующие первичные агрегаты в сети также работают для повышения напряжения.

В обеспечении полноценного функционирования всей системы заключается назначение всех силовых трансформаторов.

Функционирование системы

Принцип работы силового трансформатора основан на электродвижущей силе, которая движется по обмоткам. Данные устройства функционируют исключительно на переменном токе.

Если его подключить к обмотке, будет создаваться магнитный поток. Он замыкается в магнитоприводе. В этот момент возникает электродвижущая сила во второй обмотке. Все катушки связаны в системе магнитной связью.

Показатель ЭДС будет пропорционален количеству витков в обмотке.

Принцип действия понижающего или повышающего силового трансформатора включает в себя несколько режимов. Для каждого из них предусмотрены свои особенности.

В рабочем режиме к первичной обмотке подводится напряжение, а к вторичной – нагрузка. В таком положении установка способна длительное время обеспечивать подключенные к нему потребители электричеством. Рабочий режим может осуществляться при холостом ходе и опыте короткого замыкания.

Холостой ход наступает при размыкании вторичной обмотки. В этот период исключается протекание по ней тока. Этот режим позволяет определить КПД прибора, потери при намагничивании сердечника и коэффициент трансформации.

Опыт короткого замыкания происходит при коротком шунтировании выводов вторичной катушки. При этом сила тока на входе должна быть занижена на входе. На этом уровне создается вторичный ток без превышения. Представленную методику применяют для определения уровня потерь в меди.

Аварийный режим определяется при нарушениях в работе системы. Рабочие параметры отклоняются от допустимых значений. Наиболее опасным состоянием считается короткое замыкание внутри обмоток.

Чтобы предупредить возникновение аварии, применяются различные автоматические системы защиты, сигнализации и отключения оборудования.

Разновидности

Производство конструкций силовых трансформаторов предполагает применение различных технологий. В процессе создания представленной аппаратуры применяются разные диэлектрические компоненты. Определенные части оборудования способствуют охлаждению и обеспечивают электрическую защиту.

Для маломощных разновидностей применяется диэлектрический компаунд или специальная бумага, электротехническое лаковое покрытие. Средние и мощные агрегаты имеют в своем составе такие основные части, как масло, элегаз. Производство подобного оборудования предполагает выполнять особую изоляцию обмоток.

Помимо вышеприведенной классификации выделяют еще несколько основных категорий объектов:

• Количество фаз. Бывает трёхфазный и однофазный тип приборов.
• Тип исполнения. Применяются масляные, сухие и приборы с жидким диэлектрическим веществом.
• Климатическое исполнение. Наружные и внутренние установки.
• Число обмоток. Встречаются конструкции с двумя и более катушками.
• Предназначение. Для понижения или повышения напряжения.
• Возможность регулировки напряжения. Применяются аппараты с регулировкой и без нее.

Производство подобной аппаратуры позволяет создавать установки мощностью от 4 кВА до 200 тыс. кВА (и выше). При этом достигается уровень напряжения на обмотках более 330 кВ.

Всего существует девять групп оборудования. В первую из них входят приборы с напряжением не выше 35 кВ и мощностью 4-100 кВА. К восьмой отнесены аппараты с мощностью выше 200 тыс. кВА и напряжением 35-330 кВ. Существуют и более мощное оборудование. Оно относится к девятой категории.

Особенности и основные параметры

Устройство и монтаж силовых трансформаторов предполагает размещение станции на стационарной, специально подготовленной площадке. Фундамент сооружения должен быть прочным. На грунте при этом могут монтироваться катки и рельсы.

Внутри металлического корпуса располагаются электрические установки. Он выполнен в виде герметичного бака. Внутренние системы закрывает крышка. Чаще всего применяются масляные разновидности. Они имеют особые технические характеристики.

Внутри короба такого агрегата находится масло специального типа. Оно обладает особыми диэлектрическими качествами. Масло отводит излишнее тепло от деталей системы в процессе повышенной токовой нагрузки.

Однако есть и другие варианты охладительных систем.

Основными характеристиками, влияющими на функционирование установки, являются:

• Количество катушек и тип их соединения.
• Мощность.
• Значение напряжения обмоток.

Сегодня в системах обеспечения электричеством различных объектов чаще встречаются агрегаты с двумя трехфазными обмотки. Только для бытовой сети применяются однофазные установки. Трехфазный силовой трансформатор распространен больше в сетях электрокоммуникаций.

Система регулировки бывает двух типов. В первом случае необходимо отключать питание перед проведением настройки, а во втором – нет. Регулировка выполняется со стороны обмотки высоковольтного типа. По ней движется меньший ток. Такой тип регулировки позволяет выполнять точную настройку.

Конструкция, предполагающая отключение нагрузки, проще. Однако ее предел изменения небольшой. Регулировка требует полного отключения прибора от сети.

Схема

Схема силового трансформатора включает в себя несколько основных элементов. К ним относятся:

• Сердечник (магнитопривод).
• Остов с балками (нижняя и верхняя).
• Низковольтная и высоковольтная обмотки.
• Отводы.
• Регулировочные ответвления.
• Нижняя часть вводов.

На основе с балками закрепляются все составные детали. Магнитопривод необходим для снижения потерь при прохождении магнитного потока через контуры. Он изготавливается из электротехнической стали.

В сердечнике магнитопривода листы металла собирают по определенной схеме. Стержни с обмотками должны приближаться по форме к кругу. Подобная конфигурация позволяет облегчить намотку проводников. Стыки между отдельными пластинами сердечника перекрываются цельными листами.

Обмотка выполняется из проводов круглой или прямоугольной формы сечения. Между слоями и самими обмотками оставляются зазоры для циркуляции охладительного компонента.

Особенности выбора

Силовые трансформаторы требуют при выборе учитывать требования потребителей электроэнергии. При монтаже оборудования энергоснабжения, необходимо рассчитать правильно мощность оборудования. Если применяется несколько агрегатов, при аварийном отключении один из них должен полностью компенсировать работу другого прибора.

Также важно уделять внимание качеству системы защиты. Она должна срабатывать при перегрузках, внутренних повреждений элементов конструкции. К их числу относятся приборы по контролю уровня давления масла, температуры сердечника, обмотки, образование газов.

Обслуживание и ремонт

Работа аппаратов связана с высокими значениями мощностей. Поэтому их обслуживанию уделяется повышенное внимание. Ежедневно обслуживающий персонал совершает осмотры, контролирует показания измерительных приборов.

В процессе техобслуживания оцениваются следующие показатели:

1. Степень истощения прибора, поглощающего влагу.
2. Количество масла.
3. Износ механизмов регенерации масла.
4. Наличие подтекания, механических повреждений трубопроводов радиаторов, корпуса.

Если на объекте не предусмотрено круглосуточное дежурство персонала, периодическая ревизия производится раз в месяц. На трансформаторных пунктах осмотр выполняют раз в 6 месяцев.

При необходимости меняют или доливают масло. Его цвет контролируется при визуальном осмотре. Если оно стало темным, его меняют. Раз в год и при проведении капитального ремонта выполняют лабораторное исследование состава масла.

Для разрушения пленки окислов на медных и латунных элементах раз в 6 месяцев отключают установку от питания. Переключатель переводят через все положения несколько раз. Такую процедуру проводят перед сезонными колебаниями нагрузки.

Силовая аппаратура является важным элементом сети энергоснабжения. Они функционируют круглосуточно, поэтому важно уделять внимание особенностям их выбора и обслуживанию. Это одно из сложнейших, но крайне важных устройств.

Источник: https://ProTransformatory.ru/vidy/silovye