что такое силовой трансформатор определение

Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Наиболее распространенными электрическими устройствами в промышленности и в быту являются трансформаторы. Их назначение – передача мощности внутри несогласованной электрической цепи между ее различными схемами. Применяются в тех случаях, когда требуется понизить или повысить напряжение между источником энергии и потребителем. Также трансформаторы включены в схемы блоков питания, преобразующих переменный ток в постоянный. В основе работы трансформаторов лежит их способность передавать электроэнергию между контурами посредством магнитной индукции.

Конструкция и устройство силовых трансформаторов

Основной частью каждого силового трансформатора является его сердечник с несколькими обмотками, изготовленный из ферромагнитного материала. Как правило, это тонкие листы специального трансформаторного железа, обладающего магнитомягкими свойствами. Листы укладываются таким образом, чтобы форма стержней под обмотками в сечении была приближенной к кругу. Для повышения КПД устройства и снижения потерь, целые листы перекрывают стыки между отдельно взятыми пластинами.

Трансформаторная обмотка выполняется, как правило, из медного провода с прямоугольным или круглым сечением. Каждый виток изолирован от самого магнитопровода, а также от соседних витков. Для циркуляции охладителя, между обмотками и отдельными ее слоями предусматриваются технические пустоты.

Каждый трансформатор имеет как минимум две обмотки: первичную (на нее подается электрический ток) и вторичную (ток снимается после преобразования его напряжения).

Принцип работы

Принцип работы любого силового трансформатора заключается в явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку подается переменный ток, который образует в магнитопроводе переменный магнитный поток. Это происходит за счет его замыкания на магнитопроводе и образования сцепления между обмотками, индуцируя ЭДС. Нагрузка, подключенная ко вторичной обмотке, приводит к образованию в ней напряжения и тока.

Конструктивно, для получения любого напряжения на вторичной обмотке, используется необходимое соотношение витков между обмотками. Силовой трансформатор обладает свойством обратимости. Иными словами, он может быть использован и для повышения, и для понижения напряжения. В большинстве случаев силовой трансформатор применятся для решения определенных задач. Например, конкретно повышать или понижать напряжение. У повышающего трансформатора напряжение на первичной обмотке ниже, чем на вторичной.

Классификация силовых трансформаторов

В зависимости от класса напряжения и полной потребляемой мощности, силовые трансформаторы условно делятся на следующие категории:

До 100 кВА, до 35кВ;

100 – 1000 кВА, до 35кВ;

1000 – 6300 кВА, до 35кВ;

Более 6300кВА, до 35кВ;

До 32 000 кВА, 35 – 110 кВ;

32 000 – 80 000 кВА, до 330 кВ;

80 000 – 200 000 кВА, до 330 кВ;

Более 200 000 кВА, более 330 кВ.

Виды силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы можно разделить на несколько видов, основываясь на следующих характеристиках и показателях:

Тип охлаждения. Различают сухие и масляные трансформаторы. Первый вариант имеет воздушное охлаждение, используется там, где повышены требования к экологии и пожаробезопасности. Второй вариант представляет собой корпус, заполненный маслом с диэлектрическими свойствами, в который погружен сердечник с обмотками;

Климатическое исполнение: наружные и внутренние варианты;

Количество фаз. Бывают трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные;

Количество обмоток. Различают двухобмоточные и многообмоточные варианты;

Назначение: повышающие и понижающие.

Дополнительным критерием служит наличие или отсутствие регулятора выходного напряжения.

Элементы силового трансформатора

Конструкция силового трансформатора подразумевает наличие следующих элементов:

Силовые вводы – устройства, через которые подается нагрузка. Могут быть расположены внутри изделия или снаружи. Вводы изолированы различными специальными материалами, отличаются по типу изоляции и конструкции;

Охладители. Для мощных силовых трансформаторов предусматривается масляная система охлаждения. Охлаждение самого же масла производится посредством радиаторов, гофрированного бака, принудительной вентиляции, масляно-водных охладителей или циркуляционными насосами;

Регуляторы выходного напряжения – устройства, предназначенные для изменения коэффициента трансформации. Могут срабатывать как под действием определенной нагрузки, так и без нее (в зависимости от конструкции). По сути, регуляторы добавляют, либо уменьшают в обмотке количество ее витков.

Силовые трансформаторы могут быть оснащены дополнительным навесным оборудованием:

Газовое реле – устройство с функцией защиты. Если трансформатор работает нестабильно, масло разлагается на составляющие с выделением газа. Газовое реле либо отключает трансформатор, либо оповещает предупреждающими сигналами;

Индикаторы температуры – датчики, производящие замеры температуры масла;

Влагопоглотители – устройства, поглощающие образуемый под защитной крышкой конденсат, тем самым предотвращая его попадание в масло;

Система регенерации масла;

Автоматическая система защиты от повышения давления охладителя;

Индикатор уровня масла.

Параметры силового трансформатора

Номинальная мощность. Для трансформатора с двумя обмотками параметр равен мощности каждой из них. Для трехобмоточного варианта с разной мощностью обмоток параметр равен большему из показателей;

Номинальное напряжение обмоток – характерный параметр для холостой работы;

Номинальный ток – показатель, при котором разрешается длительная эксплуатация устройства;

Потери короткого замыкания;

Ток холостого хода – потери материала магнитопровода (реактивные и активные);

Потери тока холостого хода;

Как выбрать силовой трансформатор

Выбор силового трансформатора для эксплуатации на предприятиях основан на подборе мощности, а также в соответствии с требованиями к надежности питания. Чтобы обеспечить бесперебойное питание, в некоторых случаях требуется установка нескольких трансформаторов. Мощность каждого устройства подбирается таким образом, чтобы при выходе его из строя, другие устройства были способны взять на себя функции этого недостающего звена, с учетом возможных перегрузок.

Еще один важный критерий – наличие защиты:

От внутренних повреждений. Обеспечивается устройствами, контролирующими наличие газов, температуру, давление и уровень масляного охладителя;

От перегрузок. Используется так называемая дифференциальная защита, когда на каждой фазе установлены трансформаторы тока.

Ремонт и техническое обслуживание

Надежность силовых трансформаторов напрямую зависит от качества и своевременности их обслуживания. Устройства, установленные в помещениях, где работает персонал предприятия, подвергаются ежедневному осмотру с контролем показателей уровня масла, состояния поглотителя и устройств регенерации. Кроме того, проверяется целостность корпуса и основных элементов. Трансформаторы в помещениях без персонала осматриваются раз в месяц, а трансформаторные пункты – дважды в год.

Внеплановый осмотр силового трансформатора и его систем защиты проводится при резком изменении температуры окружающего воздуха, а также при аварийных режимах. Периодическому обслуживанию подвергаются и устройства регулировки напряжения. Причина – окисление контактных групп, что приводит к возрастанию их переходного сопротивления. Перед сезонными изменениями нагрузки (обычно дважды в год) устройство отключается от потребителей и питания, после чего регулятор напряжения переводится последовательно во все возможные положения. Процедура способствует разрушению пленки окислов.

Лабораторный анализ масла производится каждый год при капитальном ремонте. Если масло не удовлетворяет требованиям при визуальном осмотре (цвет) или по данным обследования, производится его замена или доливка.

Источник

Силовой трансформатор. Определение, классификация и принцип действия.

Кроме того, силовые трансформаторы различают по группам соединения обмоток, по способу охлаждения. Также при установке трансформаторов учитывают климатические условия.

Принцип работы любого силового трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Если к обмотке данного устройства подключить источник переменного тока, то по виткам этой обмотки будет протекать переменный ток, который создаст в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток. Замкнувшись в магнитопроводе, переменный магнитный поток будет индуктировать электродвижущую силу (ЭДС) в другой обмотке трансформатора. Это объясняется тем, что все обмотки трансформатора намотаны на один магнитопровод, то есть они связаны между собой магнитной связью. Значение индуктируемой ЭДС будет пропорционально количеству витков данной обмотки.

Краткая характеристика и конструкция силового трансформатора типа ТДТН-40000/110

Конструкции силовых трансформаторов различного типа схожи между собой. Отличие заключается в комплектации аппарата, конструкции системы охлаждения и защиты. Рассмотрим конструкцию аппарата на примере аппарата типа ТДТН-40000/110.

Расшифруем буквенные и цифровые обозначения. Первая буква Т говорит о том сколько фаз у трансформатора, в данном случае он трехфазный. Буква Д обозначает тип системы охлаждения. Система охлаждения Д характеризуется естественной циркуляцией трансформаторного масла и принудительной циркуляцией воздуха. Третья буква Т показывает количество обмоток силового трансформатора. В данном случае их три, то есть аппарат трехобмоточный. Последняя буква Н свидетельствует о возможности регулировки напряжения под нагрузкой (устройство РПН). Цифровое значение 40000 – номинальная мощность силового трансформатора в киловольтамперах (кВА). Значение 110 является номинальным напряжением обмотки высокого напряжения.

Далее рассмотрим основные конструктивные части силового трансформатора. Три обмотки высокого, среднего и низкого напряжения намотаны на сердечник (магнитопровод), выполненный из шихтованной стали. Магнитопровод с обмотками помещен в специальный бак. На крышке бака расположены выводы обмоток. В данном случае трех обмоток: высокого (ВН), среднего (СН) и низкого напряжений (НН). Обмотка ВН и СН имеет нулевой вывод, предназначенный для заземления обмотки. Если нулевой вывод трансформатора заземляется, то эта обмотка называется глухозаземленной, в противном случае именуется с изолированной нейтралью.

Также на крышке бака расположена выхлопная труба, газовая защита, устройство регулировки напряжения (РПН), расширитель и маслопровод, соединяющий расширитель непосредственно с самим баком.

Выхлопная труба служит для защиты бака трансформатора от разрыва при резком увеличении давления газа, который выделяется при внутренних повреждениях аппарата.

Газовая защита выполнена на газовом реле, которое действует на сигнал либо на отключение трансформатора в случае повреждения внутри самого аппарата.

Расширитель предназначен для обеспечения постоянного заполнения бака маслом при изменении температуры окружающего воздуха или нагрузки трансформатора, а также для уменьшения площади поверхности соприкосновения масла с воздухом. Соединение расширителя с атмосферой осуществляется через воздухоосушитель (дыхательный патрон).

Термосифонный фильтр заполняется силикагелем и служит для защиты масла от увлажнения и окисления. То есть осуществляет непрерывную регенерацию трансформаторного масла.

Для заливки и слива масла на баке аппарата расположены соответствующие задвижки, а также пробка для слива остатков масла. Для взятия пробы масла используется расположенный в нижней части бака кран.

Источник

Силовой трансформатор. Определение, классификация и принцип действия.

Кроме того, силовые трансформаторы различают по группам соединения обмоток, по способу охлаждения. Также при установке трансформаторов учитывают климатические условия.

Принцип работы любого силового трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Если к обмотке данного устройства подключить источник переменного тока, то по виткам этой обмотки будет протекать переменный ток, который создаст в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток. Замкнувшись в магнитопроводе, переменный магнитный поток будет индуктировать электродвижущую силу (ЭДС) в другой обмотке трансформатора. Это объясняется тем, что все обмотки трансформатора намотаны на один магнитопровод, то есть они связаны между собой магнитной связью. Значение индуктируемой ЭДС будет пропорционально количеству витков данной обмотки.

Краткая характеристика и конструкция силового трансформатора типа ТДТН-40000/110

Конструкции силовых трансформаторов различного типа схожи между собой. Отличие заключается в комплектации аппарата, конструкции системы охлаждения и защиты. Рассмотрим конструкцию аппарата на примере аппарата типа ТДТН-40000/110.

Расшифруем буквенные и цифровые обозначения. Первая буква Т говорит о том сколько фаз у трансформатора, в данном случае он трехфазный. Буква Д обозначает тип системы охлаждения. Система охлаждения Д характеризуется естественной циркуляцией трансформаторного масла и принудительной циркуляцией воздуха. Третья буква Т показывает количество обмоток силового трансформатора. В данном случае их три, то есть аппарат трехобмоточный. Последняя буква Н свидетельствует о возможности регулировки напряжения под нагрузкой (устройство РПН). Цифровое значение 40000 – номинальная мощность силового трансформатора в киловольтамперах (кВА). Значение 110 является номинальным напряжением обмотки высокого напряжения.

Далее рассмотрим основные конструктивные части силового трансформатора. Три обмотки высокого, среднего и низкого напряжения намотаны на сердечник (магнитопровод), выполненный из шихтованной стали. Магнитопровод с обмотками помещен в специальный бак. На крышке бака расположены выводы обмоток. В данном случае трех обмоток: высокого (ВН), среднего (СН) и низкого напряжений (НН). Обмотка ВН и СН имеет нулевой вывод, предназначенный для заземления обмотки. Если нулевой вывод трансформатора заземляется, то эта обмотка называется глухозаземленной, в противном случае именуется с изолированной нейтралью.

Также на крышке бака расположена выхлопная труба, газовая защита, устройство регулировки напряжения (РПН), расширитель и маслопровод, соединяющий расширитель непосредственно с самим баком.

Выхлопная труба служит для защиты бака трансформатора от разрыва при резком увеличении давления газа, который выделяется при внутренних повреждениях аппарата.

Газовая защита выполнена на газовом реле, которое действует на сигнал либо на отключение трансформатора в случае повреждения внутри самого аппарата.

Расширитель предназначен для обеспечения постоянного заполнения бака маслом при изменении температуры окружающего воздуха или нагрузки трансформатора, а также для уменьшения площади поверхности соприкосновения масла с воздухом. Соединение расширителя с атмосферой осуществляется через воздухоосушитель (дыхательный патрон).

Термосифонный фильтр заполняется силикагелем и служит для защиты масла от увлажнения и окисления. То есть осуществляет непрерывную регенерацию трансформаторного масла.

Для заливки и слива масла на баке аппарата расположены соответствующие задвижки, а также пробка для слива остатков масла. Для взятия пробы масла используется расположенный в нижней части бака кран.

Источник

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор — стационарный прибор с двумя или более обмотками, который посредством электромагнитной индукции преобразует систему переменного напряжения и тока в другую систему переменного напряжения и тока, как правило, различных значений при той же частоте в целях передачи электроэнергии без изменения её передаваемой мощности. [1] [2]

Содержание

Компоненты трансформатора

Выводы трансформатора

Охладители

Охлаждающее оборудование забирает горячее масло в верхней части бака и возвращает охлаждённое масло в нижнюю боковую часть. Холодильный агрегат имеет вид двух масляных контуров с непрямым взаимодействием, один внутренний и один внешний контур. Внутренний контур переносит энергию от нагревающих поверхностей к маслу. Во внешнем контуре масло переносит тепло к вторичной охлаждающей среде. Трансформаторы обычно охлаждаются атмосферным воздухом.

Оборудование для регулирования напряжения

Большинство трансформаторов оборудовано некоторыми приспособлениями для настройки коэффициента трансформации путём добавления или отключения числа витков.

Настройка может производиться с помощью переключателя числа витков трансформатора под нагрузкой либо путём выбора положения болтового соединения при обесточенном и заземлённом трансформаторе. Это применяется для незначительного изменения коэффициента трансформации.

Навесное оборудование

Газовое реле

Газовое реле обычно находится в соединительной трубке между баком и расширительным баком.

Индикация температуры

Для измерения температуры верхних слоев масла используются термопары, встраиваемые в верхней части бака в специальные карманы; для измерения температуры наиболее нагретой точки трансформатора применяют математические модели по ее пересчету относительно температуры верхних слоев масла. В последнее время широко используют датчики на основе оптоволоконной технологии для определения температуры наиболее нагретой точки и других точек внутри бака.

Встроенные трансформаторы тока

Трансформаторы тока могут располагаться внутри трансформатора, часто вблизи заземленного рукава на стороне масла проходных изоляторов, а также на низковольтных шинах. В данном вопросе роль играют цена, компактность и безопасность. При таком решении отпадает необходимость иметь несколько отдельных трансформаторов тока на сортировочной станции с внешней и внутренней изоляцией, рассчитанной на высокое напряжение.

Поглотители влаги

Необходимо удалить влагу из воздушного пространства над уровнем масла в расширительном баке, чтобы обеспечить отсутствие воды в масле трансформатора.

Устройства непрерывной регенерации масла

Системы защиты масла

Другим решением является расширительный бак, который разделён в горизонтальной плоскости мембраной или диафрагмой, которая позволяет маслу расширяться или сжиматься без прямого контакта с наружным воздухом. Два вышеперечисленных способа защиты масла называются «плёночной защитой».

Пространство над маслом в расширительном баке можно заполнить азотом. Это можно делать из баллона со сжатым газом через редукторный клапан. Когда трансформатор вдыхает, редукторный клапан выпускает азот из баллона. Когда объём увеличивается, азот уходит в атмосферу через вентиляционный клапан.

Для того, чтобы сэкономить потребление азота, можно задать некий шаг давления между наполнением азотом и выпусканием азота.

Трансформаторы могут иметь герметическое исполнение. В маленьких маслонаполненных распределительных трансформаторах упругий гофрированный бак может компенсировать расширение масла. В ином случае необходимо обеспечить пространство над маслом внутри трансформаторного бака, заполненное сухим воздухом или азотом, чтобы они выполняли роль подушки при расширении или сжатии масла.

Можно использовать сочетание различных решений. Трансформаторный бак может быть полностью заполнен маслом, и при этом иметь большой расширительный бак достаточного объёма для расширения масла и необходимой газовой подушки. Эта газовая подушка может иметь продолжение в следующем дополнительном баке, возможно на уровне земли. Для ограничения объёма газовой подушки можно открыть сообщение с наружной атмосферой при заданных верхнем и нижнем пределах внутреннего давления.

Указатели уровня масла

Указатели уровня масла применяются для определения уровня масла в расширительном баке, как правило, это приборы с циферблатом, либо стеклянная трубка, работающая по принципу соединённых сосудов, установленные прямо на расширительном баке. Индикация уровня масла находится на торцевой стороне расширительного бака.

Устройства сброса давления

Устройства защиты от внезапного повышения давления

Реле внезапного повышения давления предназначено для срабатывания при возникновении упругой масляной волны в баке трансформатора при серьёзных замыканиях. Это устройство способно различать быстрое и медленное нарастание давления и автоматически отключает выключатель, если давление растёт быстрее, чем задано.

Устройства защиты от повреждений

Устройствами защиты силовых трансформаторов являются элементы РЗиА, на трасформаторах 6/10кВ чаще используются плавкие предохранители.

Колеса/полозья для транспортировки

Крупные агрегаты на практике редко доставляются с помощью крана на своё место установки на фундаменте. Их необходимо каким-то способом перемещать от транспортного средства до основания. Если от места разгрузки с транспортного средства до места конечного монтажа агрегата проложены литые рельсы, то агрегат может быть оборудован колёсами для качения. Поворот на 90 градусов в транспортных целях обеспечивают колёса, работающие в двух направлениях. Агрегат поднимают подъёмником и поворачивают колёса. Когда агрегат установлен на месте, то застопоренные колёса могут быть на нём или сняты и заменены опорными блоками. Можно также опустить агрегат прямо на фундамент.

Если такая рельсовая система не предусмотрена, то используют обычные плоские направляющие. Агрегат толкают по смазанным направляющим прямо на место установки, или используют гусеничную цепь.

Агрегат можно приварить к фундаменту, на котором он установлен. Агрегат можно также поставить на вибрационное основание для уменьшения передачи шума через фундамент.

Детектор горючих газов

Детектор горючих газов указывает на присутствие водорода в масле. Водород отлавливается через диалитическую мембрану. Эта система даёт раннюю индикацию медленного процесса газогенерации ещё до того, как свободный газ начнёт барботировать в направлении газонакопительного реле.

Расходомер

Для контроля вытекания масла из насосов в трансформаторах с принудительным охлаждением устанавливаются масляные расходомеры. Работа расходомера обычно основана на измерении разницы давления по обе стороны от препятствия в потоке масла. Расходомеры также применяются для измерения расхода воды в водоохлаждаемых трансформаторах.

Обычно расходомеры оборудованы аварийной сигнализацией. Они также могут иметь циферблатный индикатор.

Габариты трансформаторов

Условное обозначение трансформаторов

Структурная схема условного обозначения трансформатора [4]

Буквенная часть условного обозначения должна содержать обозначения в следующем порядке:

Для автотрансформаторов при классах напряжения стороны СН или НН 110 кВ и выше после класса напряжения стороны ВН через черту дроби указывают класс напряжения стороны СН или НН.

Примечание. Для трансформаторов, разработанных до 01.07.87, допускается указывать последние две цифры года выпуска рабочих чертежей.

Источник