Принцип работы силового трансформатора кратко: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Режимы работы трансформатора. Описание режима холостого хода и КЗ

Трансформаторы за время эксплуатации работают в разных режимах. Но не все они одинаково сказываются на сроке службы электромагнитного оборудования. Режимы работы силового трансформатора зависят от его нагрузки, напряжения обмоток, температуры масла и обмоток, условий окружающей среды и других параметров.

Режимы работы трансформатора:

• нормальный;
• перегрузочный;
• аварийный.

Нормальные режимы работы трансформатора

К ним относятся номинальный, оптимальный, режим холостого хода и режим параллельной работы.

Номинальный и оптимальный режим

Еще эти режимы трансформатора называют рабочими. Потому что при них напряжение и ток близки к номинальным (на которые рассчитано оборудование) условиям.

Номинальный режим – это когда ток и напряжение на первичной обмотке соответствуют номинальным показателям. Но на деле трансформатор редко работает в таких условиях.

Потому что в сети происходят постоянные колебания нагрузки. При таком режиме трансформатор работает исправно. Но коэффициент полезного действия (КПД) оборудования не достигает максимума.

Оптимальный режим – это режим, при котором трансформатор имеет максимальный КПД. Как правило, максимальные КПД трансформатор показывает под нагрузкой 50-70% от номинальной. Современные силовые трансформаторы работают с КПД 90% и выше.

На деле большинство трансформаторов не работают в одном и том же режиме. Потому что нагрузка в сети непостоянная. 

Холостой режим трансформатора

При режиме холостого хода на первичную обмотку трансформатора поступает напряжение, а вторичная обмотка не подключена к сети потребителя электроэнергии. В таком режиме КПД равен 0.

На холостом ходу силового трансформатора определяют коэффициент трансформации, мощность потерь в металле и параметры намагничивающей ветви схемы замещения. Для таких измерений на первичную обмотку трансформатора пускают электрический ток номинального напряжения.

А для трансформатора напряжения режим холостого хода является рабочим.

Режим параллельной работы

Два трансформатора устанавливаются в сетях, питающих энергией потребителей первой и второй категории. Важно подключить трансформаторы так, чтобы ни один из них не испытывал перегрузки.

Для этого у трансформаторов:

• должны быть одни и те же группы соединений обмоток;
• коэффициенты трансформации не должны отличаться больше, чем на 0,5 %;
• номинальные мощности должны соотноситься не более, чем один к трем;
• напряжения короткого замыкания должны различаться не более, чем на 10 %;
• должна выполняться фазировка трансформаторов.

Перегрузочный режим

Трансформатор испытывает перегрузки при воздействии нагрузок и температур выше допустимой нормы. Для каждой модели эти показатели свои. Производители силовых трансформаторов предусматривают возможность работы оборудования в условиях перегрузки.

Но если устройство испытывает их продолжительное время или регулярно – это уменьшает срок службы оборудования. Допустимые перегрузки описаны в стандартах. Например, для масляных трансформаторов разработан ГОСТ 14209-97.   

Аварийный режим

Трансформатор находится в аварийном режиме, если на него воздействует электрический ток, который сильно превосходит номинальные величины. Дальше давать работать оборудованию нельзя. Как правило, в трансформаторах существуют автоматические выключатели. Они отключают питание оборудования.

Признаки аварийного режима:

• громкий и неритмичный шум и треск в баке трансформатора;
• повышение температуры рабочей части трансформатора;
• утечка трансформаторного масла.

Часто аварийный режим возникает из-за короткого замыкания во вторичной обмотке. Исключение – трансформаторы тока и сварочные трансформаторы. Для них режим короткого замыкания является рабочим.

Напряжение во время короткого замыкания (КЗ) – это еще и важный показатель, который влияет на эксплуатацию трансформатора. Его измеряют в процентах. Для трансформаторов со средним показателем мощности напряжение КЗ составляет 5-7%, а для более мощных – 6-12 %.

Важно не допускать работы трансформатора в аварийном режиме вообще и ограничивать его перегрузки. В этом случае оборудование прослужит вам заявленный производителем срок.

Изучение конструкции силовых трансформаторов.

1. Краткая характеристика силовых трансформаторов 35-220 кВ

1. Введение

В представленной работе рассматриваются вопросы конструкции силовых трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов (далее — трансформаторов).

2. Назначение и принцип работы силового трансформатора

Силовой трансформатор — это электрический аппарат, который предназначен для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения.

Трансформаторы бывают:

• в зависимости от количества фаз: однофазные и трехфазные;

• по количеству обмоток: двухобмоточные и трёхобмоточные;

• в зависимости от места их установки: наружной и внутренней установки;

• по назначению: понижающие и повышающие.

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 электромагнитной связью. Значение индуктируемой ЭДС будет пропорционально количеству витков данной обмотки.

3. Применяемые стандарты, классификация и рекомендации при изготовлении и эксплуатации силовых трансформаторов

ГОСТ Р 52719-2007 Трансформаторы силовые.

ГОСТ 12965-85 Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 110 и 150 кВ. Технические условия.

ГОСТ 17544-93 Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 220, 330, 500 и 750 кВ. Технические условия.

ГОСТ 16110-82Трансформаторы силовые. Термины и определения.

ГОСТ 24126-80 Устройства регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой. Общие технические условия.

ГОСТ 30830-2002 (МЭК 60076-1-93) Трансформаторы силовые. Часть 1. Общие положения.

Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.180.01.116-2012.

Классификация силовых трансформаторов по габаритам представлена в приложении 1, в приложении 2 представлены схемы и группы соединения обмоток трансформаторов.

Структура условного обозначения типов отечественных трансформаторов:

Буквенная часть условного обозначения должна содержать обозначения в следующем порядке:

• А — автотрансформатор;

• О или Т — однофазный или трёхфазный трансформатор;

• Р — расщепленная обмотка НН;

• Л — исполнение трансформатора с литой изоляцией;

• Т* — трёхобмоточный трансформатор;

• Н — трансформатор с РПН;

• С — исполнение трансформатора собственных нужд электростанций.

^{_______________________________}

* Для двухобмоточных трансформаторов не указывают.

В стандартах или технических условиях на силовые трансформаторы конкретных групп или типов могут предусматриваться дополнительные буквенные обозначения после букв, перечисленных выше.

Условное обозначение видов охлаждения: исполнение трансформатора с естественным масляным охлаждением или с охлаждением негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи азотной подушки без расширителя.

Для трансформаторов с разными классами напряжения обмоток ВН допускается применять одинаковые условные обозначения, если эти трансформаторы различаются лишь номинальными напряжениями. В этом случае указывают наибольший из классов напряжения обмотки ВН.

Примеры условных обозначений:

• ТМН-2500/110-У1: трансформатор трехфазный масляный с охлаждением при естественной циркуляции воздуха или масла, двухобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 2500 кВА, класса напряжения 110 кВ, исполнения У категории 1;

• АТДЦТН-200000/330/110-У1:

  автотрансформатор трехфазный масляный с охлаждением при принудительной циркуляции воздуха и масла с ненаправленным потоком масла, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 200000 кВА, класса напряжения обмотки ВН — 330 кВ, класса напряжения обмотки — СН — 110 кВ, исполнения У категории 1.

Необходимо контролировать правильность установки трансформаторов оборудованных устройствами газовой защиты. Крышка должна иметь подъем по направлению к газовому реле не менее 1 %, а маслопровод к расширителю — не менее 2 %. Полость выхлопной трубы должна быть соединена с полостью расширителя. При необходимости мембрана (диафрагма) на выхлопной трубе должна быть заменена аналогичной, поставленной заводом-изготовителем.

Практическая работа№7 «Расчет основных характеристик силовых трансформаторов» С-21 | Учебно-методический материал:

Практическая работа №7

Тема: «Расчет основных характеристик силовых трансформаторов».

Цель: рассчитать основные параметры однофазного трансформатора.  

Оборудование: методические указания, учебник [2], микрокалькулятор, линейка.  

Краткие теоретические сведения

Трансформатором называют статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Работа трансформатора основана на явлении взаимоиндукции. Простейший трансформатор состоит из стального сердечника (магнитопровода) и двух расположенных на нем обмоток (рисунок 8.1 а).

Рисунок 1 – Принципиальная схема включения однофазного трансформатора с потребителем а), изображение трансформатора на схеме б)

Одна обмотка подсоединяется к источнику переменного тока и называется первичной. К другой обмотке, называемой вторичной, подключают потребители.

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике образуется переменный магнитный поток. Этот поток пересекает витки вторичной обмотки и наводит в них переменную ЭДС взаимоиндукции. Если вторичная обмотка замкнута напотребитель, то по цепи потребителя начинает проходить переменный ток.

Если во вторичной обмотке число витков больше чем впервичной, то напряжение вторичной обмотки превышает напряжение первичной обмотки и трансформатор будет повышающий. Если в первичной обмотке число витков больше чем вовторичной, то напряжение вторичной обмотки меньше напряжения первичной обмотки и трансформатор будет понижающий.

Основные параметры трансформатора

1. Номинальная мощность –это полная мощность, которую трансформатор может непрерывно отдавать н течение своего срока службы при номинальном напряжении и номинальных температурных условиях

2. Номинальное первичное напряжение – напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка.

3. Номинальное вторичное напряжение – напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме холостого хода трансформатора при номинальном первичном напряжении.

4 .Коэффициент трансформации

где ω- число витков первичной и вторичной обмоток;

Е – действующее значение ЭДС электромагнитной индукции в обмотках трансформатора.

5. Номинальный первичный и вторичный   токи в обмотках трансформатора при номинальной мощности и номинальных напряжениях обмоток

6. Коэффициент нагрузки трансформатора. Трансформатор чаще всего работает с нагрузкой, меньше номинальной, поэтому

где S2- фактическая полная мощность нагрузки,

7. Токи в обмотках трансформатора при фактической нагрузке S2

8. Общая мощность потерь энергии в трансформаторе:

 — при номинальной нагрузке

— при фактической нагрузке

где  — мощность потерь в стали сердечника;

— мощность потерь в обмотках трансформатора при фактической нагрузке;

 — мощность потерь в обмотках при номинальной нагрузке.

Если известно сопротивление меди первичной (R1) и вторичной (R2) обмоток трансформатора, то при любой нагрузке можно определить мощность потерь в обмотках

9. Коэффициент мощности нагрузки

где-активная, реактивная и полная мощность нагрузки, питаемой от вторичной обмотки трансформатора.

10. Коэффициент полезного действия трансформатора

— при номинальной нагрузке

— при фактической нагрузке

Порядок выполнения расчета

1. Выписать исходные данные согласно варианту (таблица 1) и вычертить схему цепи (рисунок 1 а).

2. Ознакомиться с параметрами однофазного трансформатора.

3. Выполнить расчет неизвестных параметров, отмеченных в таблице 1 прочерками.

4. В заключении кратко описать принцип действия и виды трансформаторов.

Пример расчета

Дано:

-номинальная мощность =100 ВА;

 -номинальное первичное напряжение=220 В;

-номинальное вторичное напряжение=22 В;

-активная мощность нагрузки=48 Вт

-реактивная мощность нагрузки=36 вар;

-мощность потерь в стали сердечникаРст=7,3 Вт;

 -мощность потерь в обмотках при номинальнойнагрузкеРмн=5,66 Вт.

Определить:

-коэффициент трансформации трансформатора;

-полную мощность нагрузки;

-коэффициент мощности нагрузки;

-коэффициент нагрузки трансформатора;

-КПД трансформатора при номинальной нагрузке;

-номинальные токи в обмотках трансформатора;

-токи в обмотках трансформатора при фактической нагрузке;

-потери мощности в трансформаторе при фактической нагрузке;

-КПД трансформатора при фактической нагрузке.

Порядок расчета

1. Коэффициент трансформации трансформатора

Таблица 1 – Исходные данные для расчета

2. Полная мощность нагрузки, питающейся энергией от вторичной обмотки трансформатора

3. Коэффициент мощности нагрузки

4. Коэффициент нагрузки трансформатора

5. КПД трансформатора при номинальной нагрузке

6. Номинальные токи в обмотках трансформатора

7. Токи в обмотках трансформатора при фактической нагрузке

8. Потери мощности в трансформаторе при фактической нагрузке

9. КПД трансформатора при фактической нагрузке

Содержание отчета  

1. Тема и цель занятия

2. Задание

3. Исходные данные

4.Схема включения трансформатора

5. Расчетная часть

6. Вывод  

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы однофазного трансформатора  

2. Почему трансформатор работает только на переменном токе?

3. Как практически определить коэффициент трансформации?

Измерение частичных разрядов в изоляции трансформаторного оборудования

Оценка технического состояния изоляции маслонаполненных трансформаторов, по уровню и распределению частичных разрядов, является одной из наиболее сложных технических задач для рассматриваемого нами метода диагностики. Однако, с другой стороны, этот вопрос является очень важным для службы эксплуатации высоковольтного оборудования. Это приводит к тому, что очень часто не совсем подготовленные специалисты в области анализа измерения и анализа частичных разрядов , по просьбе служб эксплуатации, берутся за решение этой задачи. Большая часть отрицательного отношения практиков к применению метода анализа состояния изоляции по частичным разрядам возникло и возникает по причине таких неподготовленных работ.

Основной проблемой, возникающей при проведении измерений частичных разрядов в изоляции высоковольтных трансформаторов, является очень сложная отстройка от помех.

Причин этому несколько:

Во-первых, мощные силовые трансформаторы, по своему назначению, всегда являются узлами энергосистем, непосредственно вокруг которых устанавливается достаточно много другого, вспомогательного и измерительного высоковольтного оборудования, в котором также могут возникать частичные разряды. Все эти высокочастотные импульсы, в той или иной мере, по соединительным линиям, или путем электромагнитного излучения, наводятся в контролируемом трансформаторе.

Во-вторых, практически к каждому трансформатору подключены одна или несколько воздушных линий электропередачи, «собирающие» с большой территории грозовые и иные высокочастотные импульсы. Эти импульсы часто имеют большую амплитуду, регистрируются измерительными приборами, и существенно затрудняют анализ «внутренних» частичных разрядов, возникающих в изоляции самого трансформатора.

В-третьих, чаще всего, высоковольтные трансформаторы располагаются на открытых подстанциях, поэтому их работу всегда сопровождает большое количество коронных разрядов, интенсивность которых зависит от многих параметров – температуры и влажности воздуха, состояния поверхностей изоляторов и т. д. Чем выше рабочее напряжение трансформатора, тем больше проблем от коронных разрядов возникает при проведении измерений.

В-четвертых, работа трансформаторов часто сопровождается существенными изменениями нагрузочных и тепловых режимов. Кроме того, в трансформаторах присутствуют устройства, изменяющие их параметры в процессе работы, например РПН. В результате частичные разряды в изоляции трансформаторов могут иметь нестационарный характер, увеличиваться и уменьшаться, и даже появляться и исчезать.

Все эти четыре причины приводит к тому, что большое количество практических измерений частичных разрядов в трансформаторах являются некорректными. Чаще всего это происходит из-за низкой избирательной способности применяемой аппаратуры, реже из-за недостаточной квалификации экспертного персонала, который не может использовать все возможности имеющейся аппаратуры.

В результате за «импульсы частичных разрядов в трансформаторе», выдаются любые высокочастотные импульсы помех, от которых диагносту просто не удалось отстроиться. Естественно, что выполненный на основе некорректных замеров анализ распределения частичных разрядов, не имеет практической пользы, если даже не сказать о получении вреда. Следствием этого является все еще широко распространенное мнение о низкой информативности проведения измерений частичных разрядов.

Только правильно собранные измерительные схемы, позволяющие, в максимальной степени, отстроится от помех, могут быть рекомендованы для проведения измерений. Если в результате измерений удается зарегистрировать частичные разряды, то в этом случае, желательно, провести дополнительные измерения и исследования, включая в анализ техническое состояние рядом расположенного высоковольтного оборудования. Только после подтверждения первичных измерений можно будет уверенно говорить о наличии в трансформаторе частичных разрядов.

Резюмируем наши рассуждения кратко. Всем хочется измерять частичные разряды в трансформаторах, но это не простая задача. Если можно, начните набирать свой диагностический опыт на оборудовании другого типа, этим непростым шагом для себя шагом, вы избежите достаточно неприятных ситуаций.

Измерение частичных разрядов при помощи электромагнитных контактных датчиков

Установка «HF» датчиков частичных разрядов

Подключение первичных датчиков к ПИН вводов трансформаторов

В трансформаторном оборудовании наиболее информативным местом для установки датчиков частичных разрядов являются высоковольтные вводы. Это, практически единственное место в баке трансформатора, через которое возможно проведение регистрации электромагнитной информации о техническом состоянии внутренней изоляции, и на котором можно стационарно, или временно, смонтировать датчик частичных разрядов.

Конструктивно, ввод представляет собой проводящий стержень, заключенный в изолирующий корпус из керамики или другого диэлектрика, по которому протекает ток. Внутри корпуса ввода находится изолирующая среда. Во вводах с бумажной изоляцией это масло, а во вводах с твердой изоляцией, чаще всего это RIP изоляция, компаунд. Для снижения напряженности поля внутри ввода, от верха до корпуса бака трансформатора, ее распределяют, «выравнивают» по высоте ввода.

С этой целью вокруг проводящего стержня, располагаются изолированные друг от друга слои фольги, имеющие различную ширину, уменьшающуюся по ширине, по мере удаления от проводящего стержня. В результате этого весь высоковольтный потенциал, приложенный к вводу, равномерно распределяется по высоте, вдоль изоляционной покрышки, и максимальная удельная напряженность электрического поля, по высоте ввода, усредняется.

Последняя, внешняя обкладка остова ввода, наиболее узкая, при помощи специального стержня с пружиной, или иным образом, выводится на внешнюю поверхность ввода, где принудительно замыкается на корпус ввода (бака трансформатора). Этот вывод в нашей литературе называется ПИН, а в зарубежной литературе обозначается термином «Test Tap». Для безопасности вывод ПИН ввода всегда закрывается защитным колпаком. Количество взаимно изолированных обкладок во вводе зависит от величины рабочего напряжения, и может достигать у высоковольтных вводов нескольких десятков. Суммарная емкость ввода измеряется между проводящим стержнем и последней обкладкой, выведенной на ПИН (PIN), является очень важным параметром состояния ввода. Величина этой емкости обозначается как «C1», это нормируемый параметр, значение этой емкости периодически контролируется во время испытаний.

Величина этой емкости, равная для стандартных вводов 500 — 600 pF, вне зависимости от рабочего напряжения ввода, примерно одинакова. Кажущийся парадокс, когда ввод на 110 кВ и на 500 кВ имеют одинаковую емкость, объясняется очень просто. С ростом геометрических размеров ввода, при росте рабочего напряжения, емкость должна расти. Однако при этом растут геометрические размеры ввода, увеличивается расстояние между его крайними обкладками, что приводит к уменьшению емкости. Размеры ввода растут, от этого растет емкость, но при этом растет расстояние между обкладками, что уменьшает емкость «C1». В результате мы имеем некоторое обобщенное значение емкости ввода «C1», примерно одинаковое для всех вводов, если не рассматривать специальные исполнения вводов.

Емкость ввода, от стержня до крайней обкладки, для высокочастотных импульсов является достаточно малым сопротивлением. Чем выше частота импульса, тем лучше его измерять, используя емкость ввода. Для справки отметим, что величина грозовых импульсов через емкость «C1» может достигать 1 кА, в то время как ток проводимости промышленной частоты через емкость ввода не превышает 0,1 А.

Отсюда очень важное следствие – высоковольтный ввод трансформатора, имеющий вывод от крайней обкладки на внешний вывод типа ПИН, является идеальным датчиком, идеальным конденсатором связи, предназначенным для измерения частичных разрядов. Лучшего датчика высокочастотных импульсов в трансформаторе нам не найти. Измерительным ПИН снабжаются все вводы, с рабочим напряжением 110 кВ и выше.

Надо отметить, что на практике встречаются ввода, имеющие по два вывода на внешний разъем, от последней обкладки ввода, и от предпоследней обкладки. В зарубежной литературе они называются «Test Tap», это вывод от последней обкладки, о котором мы уже упоминали, и «Potential Tap», вывод от предпоследней обкладки. Назначение вывода «Test Tap» вполне понятно, с его помощью, обычным образом, контролируется состояние изоляции ввода. Вывод «Potential Tap» предназначается для отбора небольшой мощности от ввода, используемой на цели управления и защиты трансформатора. В стандартных условиях эксплуатации оба эти вывода обычно заземляются, т. к. отбор мощности от ввода, на практике, применяется достаточно редко.

По этой причине на полной схеме замещения ввода на рисунке показаны три конденсатора – «C1», «C2» и «C3». Физический смысл этих емкостей понятен из рисунка. Реально, когда вывод «PT» у ввода отсутствует, то емкость «C2» автоматически суммируется с емкостью «C1». Именно по этой причине в литературе используется понятие емкости «C3», а не используется обозначение «C2». Просто обычно мы используем схему замещения ввода с одним выводом, т. е. упрощенную схему замещения ввода.

Для регистрации импульсов частичных разрядов, протекающих через ввод из трансформатора (эти сигналы и интересуют нас), и в трансформатор (это сигналы помех), а также возникающих непосредственно в изоляции самого ввода, необходимо датчик частичных разрядов включить в электрическую цепь заземления ПИН. Скажем сейчас, а потом еще несколько раз повторим ниже, что цепь заземления ПИН ввода, во время работы трансформатора, размыкать нельзя! В эту цепь можно вставить активное сопротивление, или емкостное, но полного разрыва цепи заземления ПИН быть не должно.

На рисунке приведена схема ввода, и схемы замещения при подключении к ПИН различных датчиков частичных разрядов. На схема «а» показан ввод с одним выводом, который отключен от земли. Мы видим, что схема замещения представляет собой обычный емкостный делитель, величина напряжения, на выходе которого, определяется соотношением величин емкостей. Если принять, что соотношение величин емкостей ввода «C1» и «С3», обычно равняется 1 к 10, то напряжение на выходе, обозначенное на рисунке «U2», составит в таком режиме 10% от общего напряжения «U1», приложенного к вводу. Это напряжение опасно не только для отключенного от земли вывода ПИН, оно особенно опасно для изоляции между последней обкладкой ввода и заземленным корпусом ввода. Как правило, в таком режиме в изоляции возникают опасные нарушения.

Для исключения такого режима работы все выводы ПИН ввода должны всегда быть заземлены, или подключены к земле через «небольшое сопротивление». Попробуем определиться с величиной, и типом этого «небольшого сопротивления».

С точки зрения теории электрических цепей, относительно внешнего добавочного сопротивления, ввод трансформатора является источником тока, а не источником напряжения. Для примера рассмотрим источник тока, работающий с точностью 0,1%. Не углубляясь в теорию, и не стремясь к полной точности изложения материала, скажем, что у такого источника внутреннее сопротивление должно в 1000 раз превышать сопротивление подключенной нагрузки. В результате выходной ток с ПИН, обычно называемый током проводимости ввода, не будет зависеть от величины нагрузочного сопротивления.

Дальше все будет также просто. Если мы подключаем наше внешнее нагрузочное сопротивление к выводу ПИН, то это обозначает, что мы подключаем его, на первом этапе, последовательно с емкостью «C1». Таким образом, можно говорить, что допустимая величина внешнего «небольшого сопротивления», должна быть в тысячу раз меньше, чем величина реактивного сопротивления емкости «C1», естественно на частоте 50 Гц.

Проведя простые расчеты, мы получим, что величина внешнего (активного) сопротивления, подключаемого к ПИН ввода, не должна быть больше 5 кОм. В этом случае такое «небольшое сопротивление» не окажет заметного влияния (точность 0,1%) на величину тока проводимости ввода. Следуя простой логике, мы также определим напряжение промышленной частоты, которое будет выделяться на таком сопротивлении. Поскольку мы имеем делитель напряжения, в котором все определяется соотношением сопротивлений делителя, то выходное напряжение составит одну тысячную часть от напряжения, приложенного к вводу. Например, для ввода 500 кВ оно составит величину в несколько вольт. Все эти выкладки иллюстрируются  схемой «b».

Но это только оценочный анализ влияния внешнего сопротивления на работу ввода, выполненный для нормального режима работы ввода. Как всегда бывает на практике, выход оборудования из строя происходит в переходных режимах работы. Попробуем разобраться, что произойдет с влиянием этого внешнего сопротивления при воздействии на ввод грозовых или коммутационных высокочастотных импульсов.

Представим, что по ЛЭП к вводу трансформатора пришел грозовой импульс с амплитудой, равной амплитуде рабочего напряжения. Частота этого импульса существенно выше промышленной частоты, и составит, например, 100 кГц. Т. е. частота этого импульса больше промышленной частоты в 2000 раз. Что произойдет при этом?

Величина емкостного сопротивления «C1», для этой частоты уменьшится в такой же пропорции, т. е. в две тысячи раз. При этом величина внешнего сопротивления «RD» останется неизменной, поскольку величина активного сопротивления с частотой не связана.

В результате такого, очень большого изменения соотношения сопротивлений в плечах делителя, на ПИН ввода будет поступать 66% от величины напряжения грозового импульса. Для напряжения 500 кВ, если все анализировать прикидочно, напряжение на ПИН, при приходе грозового импульса, составит около 300 кВ. Понятно, что это аварийный режим.

Необходимо хорошо понимать, что такой результат мы получаем в том случае, когда не учитываем емкость ввода «C3». Если ее учесть, эта схема показана на рисунке «c», то напряжение на ПИН, при воздействии грозовых и коммутационных перенапряжениях, будет находиться на существенно более низком уровне. Оно будет равняться тем же 10%, как мы и определяли выше, для «нормального режима работы» при незаземленном выводе ПИН. Но и это напряжение является опасным для состояния изоляции ввода. По этой причине величина внешнего сопротивления не должна быть больше, чем 1 кОм. Идеальным вариантом является использование в качестве нагрузочного сопротивления внешней емкости, имеющей стабильные параметры.

Очень важным вопросом, требующим отдельного рассмотрения, является вопрос оценки влияния активного сопротивления на емкостный делитель, в плане анализа угловой погрешности измерения, возникающей при измерении тока проводимости ввода, т. е. точности измерения тангенса угла диэлектрических потерь. Поскольку в данной работе мы рассматриваем только вопросы измерения частичных разрядов, анализ этого вопроса мы опустим, предложив читателям самостоятельно анализировать эту проблему, или обратится к работам других авторов.

Подключение датчиков частичных разрядов к ПИН вводов трансформатора производится только на отключенном оборудовании. Различных конструкций ПИН, способа его заземления и типа крепления защитного колпачка у разных фирм – изготовителей вводов существует достаточно много, не менее 10 модификаций. При всем внешнем конструктивном многообразии назначение у всех ПИН одно – обеспечить надежное замыкание на землю токов проводимости ввода, и защиту от воздействия окружающей среды. Наиболее важное для нас отличие заключается в том, как производится замыкание ПИН на землю – при помощи заземляющего провода, или контактным путем.

Наиболее эффективным и безопасным способом установки датчиков и регистрации частичных разрядов на ПИН вводов силовых трансформаторов является использование датчиков стационарной конструкции.

Фирма «DIMRUS» серийно выпускает более 10 модификаций датчиков марки «DB-2», монтируемых на ПИН вводов. Краткое описание этих датчиков приведено в разделе 10. Эти датчики, по принципу своего действия, являются комплексными, позволяющими измерять как токи проводимости вводов, так и частичные разряды во вводе и в самом трансформаторе. Датчики стационарной конструкции предварительно, во время планового вывода трансформатора из работы, монтируются на вводах, выводы датчиков находятся в защитном шкафу, устанавливаемом рядом с трансформатором. Это дает возможность проводить измерения в любой момент времени, не связывая это с необходимостью отключения трансформатора. Переносной измерительный прибор подключается к разъемам на коммутационной плате, расположенной в шкафу, и проводятся измерения.

Установка датчиков марки «RFCT» в нейтрали силовых трансформаторов

Нейтраль трехфазной обмотки трансформатора — это второе место, куда чаще всего монтируют высокочастотные датчики, когда планируется проведение регистрации частичных разрядов в трансформаторах. Причина этого вполне понятна – это второй вывод от всех фазных, высоковольтных обмоток трансформатора. Другого «прямого» доступа к обмоткам трансформатора, кроме уже выше описанного измерительного вывода высоковольтного ввода, ПИН, у трансформатора нет.

Датчик марки «RFCT-4» специально разрабатывался фирмой «DIMRUS» для монтажа в нейтрали первичной обмотки силового трансформатора. Он имеет разъемную конструкцию и внутреннее отверстие большого диаметра. Благодаря такому исполнению он может быть легко смонтирован на нейтрали трансформатора (трубе, шине, проводе), имеющей большой диаметр, без демонтажа элементов цепи заземления нейтрали высоковольтной обмотки трансформатора.

Существуют две особенности монтажа датчика марки «RFCT-4» на проводниках заземления нейтрали, по которым достаточно часто протекает ток промышленной частоты, имеющий большую величину, в сотни и более ампер. Мы не будем обсуждать причины возникновения этого тока, лишь отметим, что это является свойством трехфазной линии, имеющей изолированную нейтраль. Рассмотрим только особенности монтажа датчика.

Во-первых, при протекании тока промышленной частоты через датчик марки «RFCT-4», являющийся высокочастотным трансформатором тока, происходит насыщение ферромагнитного сердечника датчика, в результате чего падает его чувствительность к высокочастотным сигналам. Поскольку мы не можем повлиять на величину промышленного тока, протекающего в нейтрали, то единственным способом уменьшения насыщения сердечника датчика является его размыкание.

С этой целью в зазор датчика, между половинами сердечника, устанавливается немагнитная прокладка из изолирующего материала. Оптимальная толщина прокладки должна составлять 3 – 5 мм. Меньшее значение толщины прокладки соответствует току промышленной частоты до 500 А, большее соответствует току до 1000 А. При этом чувствительность датчика ухудшается не более, чем на 20%. Во-вторых, в реальных условиях эксплуатации трехфазных трансформаторов возможны два режима работы, с изолированной нейтралью, или с заземленной. Это связано с компенсацией емкостных токов замыкания одной из фаз линии на землю. Важным является то, что режим работы нейтрали может изменяться даже в процессе работы трансформатора.

На рисунке приведена схема включения обмоток и нейтрали трансформатора 110 kV. На рисунке показано, что датчик частичных разрядов марки RFCT-4 может быть установлен в двух точках, до заземляющего рубильника, и после него. На практике, чаще всего, датчик удобнее монтировать между рубильником и землей (на рисунке это слева). Это сделать так удобнее потому, что обычно сам рубильник монтируется на отдельной опоре, стоящей рядом с контролируемым трансформатором, и подключается проводом.

Внимание! Установка датчика частичных разрядов слева от рубильника (на рисунке) категорически запрещена. Это объясняется тем, что при разомкнутом рубильнике, в цепи нейтрали трансформатора, возможно, обычно во время коммутации, появление кратковременных, импульсных напряжений большой величины. Они могут достигать фазного значения, и даже быть больше. В основном это бывает при включении трансформатора, и при различных коммутационных процессах внутри энергосистемы. К нашему сожалению, случаи разрушения измерительного оборудования, из-за неправильного монтажа датчика частичных разрядов в нейтрали трансформатора, не так уж редки.

Следует всегда помнить, что внутренняя изоляция датчика «RFCT-4», как и всех остальных датчиков из этой серии, рассчитана на безопасную работу в цепях с рабочим напряжением до 1000 V. Наилучшим вариантом является установка этого датчика на заземленных элементах контролируемого объекта. При возникновении больших перенапряжений происходит пробой внутренней изоляции, выход датчика из строя, повреждение измерительного прибора, и даже возможно поражение обслуживающего персонала!

Датчик частичных разрядов марки «RFCT-4» может устанавливаться в цепи нейтрали трехфазного трансформатора только на заземленной части цепи, после рубильника, как это показано на схеме рисунка. Все другие варианты неприемлемы по условиям соблюдения правил безопасности, действующих при проведении измерительных работ на высоковольтном оборудовании.

Использование датчика частичных разрядов «RFCT-4» в нейтрали трехфазного трансформатора позволяет лучше отстраиваться от помех, приходящих в контролируемый трансформатор по питающей сети. Ниже мы покажем, как для этого можно использовать датчик «RFCT-4» в нейтрали обмотки.

Способы отстройки от влияния коронных разрядов при регистрации частичных разрядов в трансформаторах

Вопросам отстройки от влияния коронных разрядов, при измерении частичных разрядов в трансформаторах, мы посвятим отдельный раздел. В высоковольтных силовых трансформаторах, в зависимости от класса рабочего напряжения, уровень коронных разрядов может в десятки раз превышать допустимые предельные уровни частичных разрядов, возникающих от самых опасных дефектов в изоляции трансформаторов. Если не проводить эффективной отстройки от коронных разрядов, то возможность «пропуска» частичных разрядов при проведении измерений очень велика.

По этой же причине мы не рекомендуем использовать для измерения частичных разрядов в трансформаторах простую одноканальную аппаратуру, а тем более обычные осциллографы, пусть даже цифровые. Применение такой аппаратуры для измерений, а тем более анализ полученной ими информации, с вероятностью в 90% приведут к получению ложных диагностических заключений.

Это является важнейшим вопросом, определяющим достоверность оценки технического состояния изоляции трансформаторов – имеете ли вы необходимый объем методических, технических и алгоритмических наработок для того, чтобы исключить из рассмотрения импульсы коронных разрядов? Если да, то вы в состоянии заниматься измерением частичных разрядов в трансформаторах. Если нет, или вы сомневаетесь, то от контроля состояния изоляции трансформаторов по частичным разрядам лучше уклониться под любым предлогом. Потому что достоверность ваших измерений, а, следовательно, и ваших диагностических заключений, будет неприемлемо мала. Пострадает не только ваш профессиональный имидж, но и вообще отношение эксплуатационного персонала к методу регистрации и анализа частичных разрядов в трансформаторах.

Рассмотрим четыре, наиболее часто используемых при измерении частичных разрядов в трансформаторах, способа отстройки от влияния коронных разрядов. Естественно, таких способов на практике может быть использовано существенно больше, но эти являются наиболее эффективными, и часто встречающимися.

Отстройка от импульсов коронных разрядов по фазе питающего напряжения

Этот метод отстройки от коронных разрядов, хотя и приводится во всей литературе по анализу частичных разрядов в трансформаторах, имеет малое практическое применение. Знание этого метода является, в большей мере, методологическим, чем практическим. Оно помогает лучше понимать особенности проявления коронных разрядов в трансформаторном оборудовании. Реальной пользы от использования этого метода отстройки от импульсов коронных разрядов очень мало. Общий смысл этой отстройки по фазе питающего напряжения достаточно прост и понятен. Известно, что импульсы коронных разрядов возникают, и имеют максимальную амплитуду, на положительной полуволне питающего напряжения, на участке роста напряжения, и вблизи этого максимума синусоиды, и почти отсутствуют на отрицательной полуволне питающего напряжения. Эту особенность возникновения коронных разрядов мы уже объясняли выше.

Поэтому, для устранения влияния коронных разрядов, в положительной фазовой зоне синусоиды питающей сети, регистрацию частичных разрядов производить не следует. Это все наглядно иллюстрируется рисунком, где приведено распределение импульсов частичных разрядов на PRPD плоскости для однофазного, и трехфазного трансформаторов.

Как хорошо видно из первой части рисунка, соответствующей однофазному трансформатору, мы имеем такую картину распределения частичных разрядов, когда при разных полярностях питающего напряжения интенсивность частичных разрядов будет значительно различаться.

На диаграмме амплитудно-фазового распределения импульсов, которая всегда строится для «полной» синусоиды питающей сети, включающей обе полуволны, это хорошо видно. Такое распределение высокочастотных импульсов является важным признаком наличия коронных разрядов, которые являются помехой. Эти разряды необходимо убирать из рассмотрения возможных проблем в изоляции трансформатора.

На отрицательной полуволне питающего напряжения импульсы коронных разрядов также присутствуют, только интенсивность их существенно ниже.

При всей кажущейся простоте и эффективности такого подхода, сразу же возникает простой вопрос, а если и импульсы от возникшего дефекта в изоляции трансформатора будут проявляться именно в этой угловой зоне, когда мы не будем регистрировать частичные разряды? Понятно, что мы их не зарегистрируем, т. е. ряд возможных дефектов нами будет принудительно исключен из рассмотрения. Можно упрощенно считать, что не менее 50% возможных дефектов в изоляции трансформатора, мы автоматически исключаем из рассмотрения, а реально эта цифра составляет около 70%.

Это первый, и самый важный недостаток данного метода отстройки от влияния импульсов коронных разрядов. Есть и другие, не менее важные, недостатки этого способа отстройки от влияния импульсов коронных разрядов.

Во-вторых, и на отрицательной полуволне питающего напряжения присутствуют импульсы коронных разрядов, просто их интенсивность меньше. Следовательно, мы не избавляемся от всех импульсов коронных разрядов, а только от их части, правда от самой большой и опасной.

В-третьих, в трехфазном трансформаторе всегда происходит наложение коронных разрядов одной фазы на другую, особенно под воздействием линейного напряжения, а не фазного. В результате этого эта «классическая отстройка» от импульсов коронных разрядов существенно затрудняется, если не сказать, что становится невозможной. Это иллюстрируется второй частью рисунка. На этом рисунке на импульсы коронных разрядов в измеряемой фазе трансформатора накладываются импульсы от других фаз.

Именно этими тремя основными недостатками и объясняется тот реальный факт, что практического применения этот метод отстройки от коронных разрядов не имеет. Его используют только те диагносты, измерительная аппаратура которых несовершенна, или же они работают с обычными осциллографами.

Отстройка от «внешних» импульсов по времени прихода импульсов от нескольких датчиков

Этот способ отстройки от коронных разрядов в трансформаторах базируется на использовании стандартного метода разборки импульсов типа «time of arrival». Он позволяет отстраиваться от импульсов коронных разрядов, а также от всех импульсов помех, возникающих вне контролируемого трансформатора.

Поясним использование этого метода снижения влияния помех для трансформаторов при помощи двух частей рисунка. На рисунке показана двухканальная синхронная схема регистрации частичных разрядов в трансформаторе. В этой схеме один измерительный датчик, марки «DB-2» , монтируется на ПИН высоковольтного ввода, а второй датчик, марки «RFCT-4», монтируется в цепи заземления нейтрали высоковольтной обмотки. Данная измерительная схема, например, реализована в системе мониторинга марки «TIM-3», и в ряде других приборов нескольких фирм – производителей диагностического оборудования для измерения частичных разрядов. Поскольку данная измерительная конфигурация предполагает сравнение времени прихода импульсов с нескольких датчиков, то мы напомним очень важную особенность, которая должна быть соблюдена при монтаже измерительного оборудования. Длины соединительных кабелей от первичных датчиков до измерительного прибора должны быть одинаковы, с точностью до десятка сантиметров. Это делается для того, чтобы время движения импульсов по этим кабелям, от датчиков к прибору, было одинаковым, и не мешало применению метода «time of arrival». В приведенной измерительной схеме длины соединительных кабелей подбираются еще более сложным образом, что мы поясним ниже.

При помощи рисунка иллюстрируются две ситуации, которые обычно возникают в процессе регистрации частичных разрядов в трансформаторе. В одном случае частичный разряд возникает внутри трансформатора, и электромагнитный импульс идет «из трансформатора» в питающую сеть. В другом случае электромагнитный импульс является внешним, наведенным извне, идущим через ввод «в контролируемый трансформатор». Рассмотрим эти два случая более подробно.

В первом случае будем рассматривать регистрацию импульса от частичного (вероятнее всего коронного) разряда, возникшего в верхней части ввода фазы «С» трансформатора. На рисунке, пунктиром показаны два пути, по которым электромагнитный импульс может передвигаться, и быть зарегистрирован нашим измерительным прибором. В качестве такого прибора на рисунке показана система мониторинга трансформатора TIM-3, в которой этот метод реализован.

В первом случае сигнал от внешнего коронного разряда проходит через емкость высоковольтного ввода в датчик «DB-2», а от него по соединительному кабелю в измерительный прибор системы мониторинга.

Во втором случае электромагнитный импульс попадает также через ввод внутрь трансформатора, электромагнитным путем «проходит» через трансформатор, и регистрируется датчиком марки RFCT, смонтированным в цепи нейтрали первичной обмотки. Далее импульс по соединительному кабелю поступает в прибор и регистрируется.

В нижней части рисунка показаны две условные временные диаграммы, иллюстрирующие взаимный временной сдвиг этих двух синхронно зарегистрированных сигналов, поступивших от двух датчиков. На этих диаграммах время прихода обоих импульсов в измерительный прибор показано одинаковое.

Выше мы уже говорили, что длины сигнальных кабелей для такой конфигурации измерительной схемы регистрации частичных разрядов подбираются особым образом. Эта особенность заключается в том, чтобы импульс от внешнего электромагнитного импульса, пришедшего в трансформатор через ввод, должен поступить на два измерительных входа системы мониторинга одновременно.

Это обозначает следующее — время прохождения импульса от датчика «DB-2» к прибору по соединительному кабелю, должно равняться времени «пролета» импульса через трансформатор от ввода к датчику RFCT в нейтрали обмотки, плюс время движения импульса по соединительному кабелю от датчика к прибору. Точка разветвления пути импульса – ввод в месте установки датчика «DB-2». Точка соединения путей этих импульсов – измерительный прибор, переносной или стационарный.

Особенность подборки длин соединительных кабелей в системе мониторинга марки «TIM-3», от датчиков к прибору, заключается в том, что подстройка времени прихода импульсов в прибор осуществляется не использованием кабелей одинаковой длины. Подбор заключается в том, что один измерительный кабель (от датчика марки RFCT) короче другого (от датчика марки «DB-2») на длину «полета» импульса внутри трансформатора. Как подбирать эту разницу в длинах мы скажем чуть ниже.

Если теперь высокочастотный импульс возникнет внутри трансформатора, как показано на правом рисунке, то на вход прибора, к которому подключен датчик в нейтрали, импульс придет раньше, чем на вход, к которому подключен датчик на ПИН ввода. На рисунке сделана попытка графически показать это. На нем видно, что импульсу, регистрируемому датчиком «DB-2», придется немного «вернуться назад», и он несколько запоздает по времени прихода в измерительный прибор. Время запаздывания зависит от места возникновения частичного разряда, и возрастает по мере удаления зоны дефекта от ввода. Это время будет максимальным в том случае, когда импульс частичного разряда возникнет в нейтрали первичной обмотки трансформатора.

Суммируя наши рассуждения о данном методе отстройки от коронных разрядов, можно сказать следующее. В правильно смонтированной измерительной схеме импульс от частичного разряда, возникшего внутри трансформатора, поступает в измерительный прибор с датчика, установленного в нейтрали трансформатора, раньше, чем с датчика, смонтированного на ПИН ввода.

Кажущаяся проблема сложной подгонки длин сигнальных кабелей, необходимая в данном методе, которую необходимо выполнить с точностью до 10-20 см, на практике не вызывает сложностей. На самом деле ее даже не приходится проводить, т. к. в современных приборах есть функции программной подгонки времени прихода импульсов. При проведении первичной калибровки измерительной схемы современные приборы сами выбирают необходимые временные сдвиги по входным каналам, что эквивалентно процедуре подгонки длин сигнальных кабелей.

Данная конфигурация измерительного прибора, предназначенная для отстройки от влияния коронных разрядов, очень эффективная на первый взгляд, не лишена некоторых существенных, кстати, очень очевидных недостатков. Их два.

Во-первых, верхняя часть высоковольтного ввода трансформатора, в данном методе отстройки от коронных разрядов, исключена из системы мониторинга и защиты. Импульсы, частичных разрядов, возникшие в изоляции верхней части ввода трансформатора, выше первичного датчика, установленного на ПИН ввода, будут измерительной схемой браковаться. Они будут считаться импульсами помехи, так как на оба измерительных входа прибора они придут одновременно. Этот недостаток не является критическим, т. к. в верхней части вводов дефекты в изоляции возникают кране редко. Влага и все опасные осадки и налеты обычно оседают в нижней части ввода.

Второй недостаток данного метода связан с условиями эксплуатации трансформаторов в энергосистемах. По условиям защиты ЛЭП от однофазных замыканий на землю, мы уже писали выше об этом, нейтраль трансформатора не всегда бывает подключена к земле, все зависит от заданного режима работы линии. При работе трансформатора в режиме, когда нейтраль, отключена от земли, данный метод отстройки от внешних помех, в основном от коронных разрядов, не работает.

Тем не менее, данный метод отстройки от коронных разрядов, несмотря на указанные недостатки, достаточно часто используется в системах мониторинга, особенно там, где нет проблем с подключением нейтрали обмотки к земле. Он прост, требует использования минимального количества дополнительных датчиков.

Отстройка от импульсов коронных разрядов при помощи сравнения полярности высокочастотных импульсов

Данный метод, применительно к использованию для отстройки от коронных разрядов в трансформаторах, имеет совершенно оригинальное приложение. Ни в каком другом типе высоковольтного оборудования, этот метод, с использованием такой интерпретации связи полярности импульса с местом его возникновения, не применяется.

Рассмотрение этого метода отстройки от коронных разрядов, с использованием полярности, начнем с напоминания о том, что импульс от одного и того же частичного разряда, возникший в изоляции высоковольтного оборудования, может иметь, при регистрации, различную полярность. Это может явиться следствием нескольких причин.

Во-первых, полярность регистрируемого импульса зависит, при всех прочих равных условиях, от электромагнитных свойств среды, окружающей зону дефекта. Под средой здесь мы понимаем электромагнитные свойства изоляции и рядом расположенных конструктивных элементов контролируемого оборудования.

Во-вторых, полярность импульса будет зависеть от электромагнитных свойств элементов оборудования, расположенных между зоной возникшего дефекта и местом установки датчика частичных разрядов.

В-третьих, полярность регистрируемого высокочастотного импульса частичного разряда зависит от типа используемого первичного датчика, места, и способа его установки на контролируемом оборудовании.

Первая причина, влияющая на полярность импульса высокочастотного разряда, а именно свойства среды, где возникает разряд, определяется внутренними параметрами контролируемого оборудования, и воздействовать на нее мы не в состоянии. Вторая и третья причины допускают некоторое модифицирующее воздействие на полярность регистрируемого импульса, которым может воспользоваться опытный диагност, проводящий измерения частичных разрядов.

Мы не имеем столько места в данной работе, чтобы более или менее подробно описать, как, качественно и количественно, влияют электромагнитные параметры среды, расположенной между зоной дефекта и измерительным датчиком, на полярность регистрируемого импульса. Причин к этому несколько.

• К сожалению это невозможно сделать без применения сложного математического аппарата, описывающего процессы в зонах, обладающих различными свойствами и сложной геометрией.
• Математические выкладки потребуют неоправданно много места, для того чтобы, доходчиво и корректно все описать.
• Самое главное, это не принесет большой практической пользы, это достаточно «узкий» теоретический вопрос, смысл которого, для практических диагностов, достаточно просто можно только продекларировать.

Процедура сравнения полярностей двух импульсов, как элемент системы диагностики, широко используется в практических измерениях. Этот метод применяется в диагностических измерениях в кабельных линиях, шинопроводах, КРУ, но везде он имеет свои специфические особенности.

Рассмотрим применение этого метода разборки по полярности импульсов для отстройки измерительной схемы от импульсов коронных разрядов. Как мы уже указывали не раз, это имеет очень большое значение при измерениях частичных разрядов в силовых трансформаторах. Как уже говорилось, это наиболее сложный случай измерения частичных разрядов в высоковольтном оборудовании. На рисунке показана наиболее часто встречающаяся схема установки первичных датчиков частичных разрядов на трансформаторе, включающая три датчика типа «DB-2», установленных на ПИН вводов (на рисунке показано только два датчика), и одного датчика типа «RFCT-4», установленного в цепи нейтрали (заземления) трансформатора. Такая схема, если максимально использовать ее потенциальные возможности, может обеспечить высокую достоверность получаемых результатов при использовании минимального количества первичных датчиков.

Представим, что коронный разряд возник на вводе фазы «С» (на рисунке она условно показана справа), в которой мы производим регистрацию частичных разрядов. В соответствии с классической теорией на выходе датчика «DB-2» ввода фазы «С» импульсный сигнал будет иметь отрицательную полярность. Это связано с компенсацией изменения распределения потенциалов внутри трансформатора, обусловленное частичным разрядом.

Очевидно, что большую часть энергии на компенсацию регистрируемого частичного разряда будет поступать из энергосистемы, но эта часть энергии нас не очень интересует, так как мы ее даже просто измерить не можем, у нас на схеме нет датчиков, позволяющих это сделать. Еще раз повторим, что этот импульс будет иметь отрицательную полярность.

Энергия на компенсацию регистрируемого коронного разряда в фазе «С» будет «выходить», частично, из трансформатора, т. е. мы будем регистрировать импульс, который будет двигаться вверх по трубе ввода, только этот импульс мы можем зарегистрировать. Почему нам интересен этот импульс, понятна, эта энергии также пойдет на компенсацию неравновесного состояния зарядов вокруг верхней части ввода трансформатора, возникшего после коронного разряда.

Самое интересное будет заключаться в том, что на выходе датчика «DB-2» фазы «В» выходной сигнал, наведенный от того же самого коронного разряда, будет иметь положительную полярность! Этот факт, заключающийся в смене полярности импульсов от коронного разряда, регистрируемых на других фазах трансформатора, многократно подтверждался экспериментальными данными, и имеет определенное физическое и математическое обоснование и объяснение.

Достаточно примитивно этот факт можно объяснить следующим образом. Если часть энергии коронного разряда, пусть и небольшая (но ведь именно ее мы и регистрируем своими датчиками и приборами), компенсируется «изнутри трансформатора», то эта часть энергии может поступить «внутрь трансформатора» только по вводам других фаз. Эта часть компенсируемой энергии должна «войти» в трансформатор по вводам фаз «А» и «В». Эта энергия является конечной (или начальной?) частью цепочки, по которой идет компенсация воздействия коронного разряда.

Если вспомнить временную диаграмму трехфазных напряжений, то становится понятным, почему при положительном напряжении на контролируемой фазе трансформатора, вблизи максимума, напряжения на фазах «В» и «С» будут иметь противоположный, отрицательный знак. Поэтому и высокочастотные импульсы в этих фазах трансформатора будут иметь другой знак, положительный.

Далее все немного понятнее. Принцип работы метода отстройки от помех по полярности сигналов в трансформаторе звучит следующим образом: Если направление движение импульсов во вводах фаз «А» и «В» будет противоположным направлению движению импульса в фазе «С», при отрицательной полярности напряжения на фазе «С», то и полярность высокочастотных импульсов, на выходе соответствующих датчиков в этих двух фазах, будет иметь полярность, которая противоположна полярности высокочастотных импульсов в фазе «С».

Завершим все эти рассуждения формулированием простого диагностического правила, отражающего суть данного метода отстройки от помех. Эта суть отражается двумя простыми предложениями:

• Если высокочастотный импульс (от частичного разряда) возник внутри трансформатора, то полярность импульсов на ПИН всех трех фаз трансформатора будет иметь одинаковый знак, неважно какой, но одинаковый.
• Если высокочастотный импульс (например, от коронного разряда) возник вне трансформатора, то сигналы с ПИН вводов фаз будут иметь различный знак. Если коронный разряд возник на фазном напряжении (потенциал фаза – земля), то две другие фазы (импульсы на них) будут иметь, чаще всего, положительную полярность. Если же импульс возникнет на линейном напряжении (потенциал между двумя фазами), то здесь тоже два импульса по полярности будут отличаться от третьего, хотя теоретически объяснить все это будет несколько сложнее. Предоставим нашему читателю возможность самому разобраться в этом интересном вопросе.

Для практической реализации этого метода «отстройки от короны» по полярности импульсов, необходимо воспользоваться многоканальной регистрирующей аппаратурой. Это объясняется тем, что сравнение полярности импульсов обязательно должно производиться в режиме реального времени, на аппаратном уровне.

Теоретически, метод можно реализовать на основе многоканального синхронного осциллографа, но с трудом можно представить пользователя, который «в ручном режиме», сравнивает полярность импульсов по каналам, которых может быть несколько тысяч (какой же объем внутренней памяти в осциллографе нужен для этого?). В случае же применения для регистрации импульсов одноканального осциллографа, даже самого совершенного, данный метод отстройки от коронных разрядов не может быть реализован вообще.

Отстройка от коронных разрядов при помощи алгоритмических и программных средств

Программные средства, которые тоже можно использовать для борьбы с помехами, при регистрации частичных разрядов в трансформаторном оборудовании, являются, образно говоря, последним рубежом защиты от влияния коронных разрядов. Они применяются в том случае, когда уже были использованы все возможные технические средства отстройки от влияния коронных разрядов, но требуемого эффекта они не дали. Отдельно взятые алгоритмические средства защиты от помех не могут обеспечить должной помехозащищенности процедуры измерения и диагностики состояния изоляции.

В связи с тем, что эти методы отстройки от высокочастотных помех работают на «алгоритмическом уровне», т. е. с уже зарегистрированными данными, применение этих методов возможно практически всегда. С их помощью можно попытаться максимально очистить от помех любые высокочастотные сигналы. Назначение этих методов — улучшение общей помехоустойчивости системы регистрации и анализа частичных разрядов в высоковольтной изоляции трансформаторов, и другого высоковольтного оборудования.

Все используемые на практике алгоритмические средства разделения импульсов частичных разрядов от импульсов коронного разряда базируются на анализе частотных и временных параметров и свойств импульсов. Мы их достаточно подробно описывали выше, поэтому здесь только просто перечислим их.

Во-первых, это общий анализ формы импульса, при котором производится сравнение каждого регистрируемого высокочастотного сигнала с некоторым «образом», усредненной формой, характерного импульса от коронного разряда. Данный анализ обычно выполняется только подготовленными пользователями, «вручную», или же при помощи специальных аналитических программ, написанных на основании знаний экспертов. «Ручной» анализ формы сигналов является достаточно сложным вопросом, трудно поддающимся алгоритмической формализации. Несмотря на то, что мы описываем помехи такого типа общим термином «коронный разряд», существует огромное разнообразие таких импульсов. Форма их зависит от величины рабочего напряжения, места возникновения разрядов, типа контролируемого оборудования, удаления от измерительного датчика и т. д. Каждый конкретный случай анализа требует специального описания «шаблона формы» возникающих импульсов коронных разрядов, что под силу только специалистам.

Во-вторых, это использование TTI-Map распределения импульсов для разборки их на группы, используя время – частотные параметры каждого импульса. Эта процедура акцентирует внимание на двух параметрах формы высокочастотного импульса. Это:

• Частота первого пика в сигнале (что эквивалентно длительности первого пика).
• Полная длительность высокочастотного сигнала частичного разряда (время затухания до уровня 0,05 от максимального значения).

Вполне очевидно, что второй подход к разделению импульсов на различные типы, теоретически, имеет меньшую эффективность, т. к. рассматривает только два параметра формы импульса. На самом деле это не так. В силу универсальности использования TFM плоскости этот метод является универсальным, в меньшей мере зависящим от «базы данных конкретного эксперта». В результате этот метод чаще используется на практике и дает больший практический эффект.

Метод отстройки от коронных разрядов с использованием TFM распределения импульсов является не только универсальным, но и адаптивным. Он позволяет проверять все выявленные на TTI-Map плоскости группы импульсов, уже при помощи PRPD распределения импульсов. Проверка каждой группы импульсов производится на PRPD плоскости, когда рассматривается связь импульсов группы с фазой питающего напряжения, выявляются соответствующие признаки коронного разряда, Это дает возможность любому пользователю, в каждом конкретном случае измерения и диагностики, более точно описывать параметры формы коронного разряда.

Как мы уже писали выше, в анализ формы сигнала частичного разряда может быть включено оценка частотных свойств «внутри» импульса. Для этих целей удобнее всего использовать вейвлет – преобразование.

Проблема с его использованием очень проста, поскольку на практике он используется редко, у многих существует предубеждение, что это сложно. На самом деле ничего сложного там нет, это просто анализ частотных свойств импульса в каждой временной точке. Для этого существуют стандартные процедуры и программы преобразования сигналов. Главное заключается в другом, это вспомогательный метод, и не надо ждать от него большой помощи. Различить между собой два, и более импульсов, которые на TTI-Map плоскости находятся в одной группе, он поможет. Это, пожалуй, все, больше ничего нового и интересного вейвлет анализ не может.

Измерение частичных разрядов в изоляции трансформаторов понижающих подстанций в режиме «on-line»

Конфигурация измерительного прибора (переносного, или системы мониторинга), ориентированная на отстройку от максимального количества помех уже «на аппаратном уровне», приведена на рисунке. Конфигурация датчиков и измерительных каналов соответствует режиму регистрации частичных разрядов в обмотке и вводе фазы «А», стороны ВН трансформатора.

В приведенной на рисунке конфигурации схемы измерения частичных разрядов задействованы 4 канала прибора системы мониторинга, имеющих различное методическое назначение.

• Измерительный канал «SCh-1» предназначен для регистрации импульсов частичных разрядов в изоляции фазы трансформатора, это основной канал в регистрации.
• Референсные (опорные) измерительные каналы «RCh-2» и «RCh-3» предназначены для сравнения параметров импульсов в основном измерительном канале с импульсами от датчиков, установленных в двух других фазах одноименной обмотки трансформатора.
• Шумовой канал «NCh-4» позволяет проводить амплитудное сравнение импульсов, регистрируемых со всех других первичных датчиков, подключенных не к ПИН вводов первичной обмотки трансформатора. В рамках данной конфигурации к этому каналу подключаются все датчики, смонтированные на стороне НН. Если бы измерения частичных разрядов проводились на стороне НН, то к этому каналу были бы подключены все датчики, установленные на первичной обмотке. Предлагаемая конфигурация измерительной схемы внешне выглядит чрезмерно загруженной функциями, но на самом деле в ней все продуманно, и логично. Кратко рассмотрим функциональные возможности такой конфигурации. Это мы сделаем для того, чтобы показать, что все, вышеописанные способы отстройки от помех, реализованы в данном измерительном приборе.

Предлагаемая конфигурация измерительного прибора системы мониторинга частичных разрядов в трансформаторе позволяет оперативно, в режиме реального времени, реализовывать следующие функции:

• Сравнение импульсов с датчиков трех фаз первичной обмотки по времени прихода «dt», выполняется синхронно по трем каналам, сигнальному и двум опорным. Это позволяет определить, какой фазы обмотки импульс достигает раньше всех. Если импульс сначала достигает фаза «А», то этот импульс принадлежит контролируемой фазе и должен быть включен в регистрацию. Если он раньше придет на фазы «В» или «С», то этот импульс принадлежит этим фазам, и к фазе «А» не имеет отношения. Из текущей регистрации, по фазе «А», его необходимо исключить.
• Сравнение импульсов с трех фаз обмотки трансформатора по амплитуде. Если импульс будет наводиться с одной фазы на другую, то амплитуда наведенного импульса всегда будет меньше, чем амплитуда первичного импульса. Это позволяет исключать из рассмотрения импульсы, возникшие в других фазах. В данном случае это будут импульсы, возникшие в фазах «В» и «С».
• Сравнение высокочастотных импульсов с вводов трех фаз, или с трех фаз вторичной обмотки, по полярности. Приведенная схема измерения позволяет одновременно контролировать полярность высокочастотных импульсов, проходящих по вводам обмотки ВН. В том случае, если полярность трех импульсов будет различаться, то это будет говорить о том, что данный импульс «пришел в трансформатор извне», и вероятнее всего это импульс коронного разряда. Такой «помеховый» импульс необходимо исключать из текущей регистрации.
• Сравнение импульса в измеряемой фазе первичной обмотки трансформатора, по амплитуде, с импульсами во вторичной обмотке трансформатора. Это позволяет исключать из рассмотрения импульсы, пришедшие в трансформатор по цепям вторичной обмотки, и не относящиеся к контролируемой фазе обмотки.

Регистрация частичных разрядов в других фазах трансформатора производится аналогично. Для перехода к таким измерениям производится, при помощи встроенного в прибор коммутатора, переключение первичных датчиков к различным измерительным каналам, т. е. изменяется конфигурация измерительной схемы. Например, для измерения частичных разрядов в фазе «В», данный датчик на ПИН подключается к измерительному каналу. Фазы «А» и «С» подключаются к референсным каналам. Идеология работы всех каналов прибора, и измерительного, и двух опорных и шумового канала, к которому подключены датчики вторичной обмотки, при этом полностью сохраняется.

Это статья взята из книги Русова В.А. «Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования»

Похожие материалы:

Принцип работы трансформаторов тока | Бесплатные дипломные работы на DIPLOMKA.NET

1.3 Принцип работы
Трансформатор тока состоит из замкнутого сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку включают последовательно в контролируемую цепь, ко вторичной обмотке присоединяют токовые катушки различных приборов и реле.

Рисунок 1 – Трансформатор тока:
а — устройство, б, в — схемы включения амперметра непосредственно в контролирующую цепь и через трансформатор тока
Устройство трансформатора тока и схемы включения амперметра показаны на рисунке 1, а—в. Магнитный поток в магнитопроводе 3 создается токами первичной 1 и вторичной 2 обмоток. Соотношение первичного I1 и вторичного I2 токов определяется формулой:
KТТ = I1/I2 = w2/wl ,
где KТТ — коэффициент трансформации; w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток.
Если в силовых трансформаторах и трансформаторах напряжения увеличение сопротивления во вторичной цепи вызывает уменьшение тока во вторичной и в первичной цепях, а напряжение на выводах обеих обмоток почти не изменяется, то у трансформаторов тока увеличение сопротивления во вторичной цепи приводит к повышению напряжения на выводах вторичной обмотки. Это объясняется тем, что ток в первичной цепи не зависит от нагрузки трансформатора тока. Ток во вторичной цепи трансформатора тока практически не меняется с изменением ее сопротивления при данном режиме первичной цепи. Вследствие этого нагрузка трансформатора тока увеличивается с возрастанием сопротивления во вторичной цепи, складывающегося из сопротивлений, подключенных к трансформатору тока аппаратов и приборов, соединительных проводов и переходных контактов.
Трансформаторы тока для электроустановок напряжением до 1000 В показаны на рисунке 2, а, б, в (катушечный, шинный ТШ-0,5 и шинный с литой изоляцией ТШЛ-0,5). В шинных трансформаторах тока в качестве первичной обмотки используют шину, пропускаемую через окно 5 сердечника трансформатора тока, на который намотана вторичная обмотка.
Проходные трансформаторы тока для внутренней установки на напряжение 10 кВ выполняют многовитковыми, одновитковыми и шинными с фарфоровой и пластмассовой (литой) изоляцией (Рисунок 3, а—в).
Опорный трансформатор тока ТФНД-220 для наружной установки на напряжение 220 кВ (Рисунок 4) имеет обмотки, помещенные в фарфоровый корпус 3, залитый маслом и укрепленный на основании 4. На верхнем торце фарфорового корпуса укреплен чугунный расширитель 1 для масла с маслоуказателем и зажимами 2 первичной обмотки. Сердечник с вторичной обмоткой охватывается первичной обмоткой, имеющей в этом месте форму кольца. Выводы вторичной обмотки размещены в коробке 5 на основании трансформатора.

Рисунок 2 – Трансформаторы тока на напряжение до 1000 В:
а — катушечный, б, в — шинные ТШ-0,5 и ТШЛ-0,5; 1 — каркас, 2, 4 — зажимы вторичной и первичной обмоток, 3 — защитный кожух, 5 — окно

Рисунок 3 – Трансформаторы тока на напряжение 10 кВ с литой изоляцией:
а — многовитковый ТПЛ-10, б — одновитковый ТПОЛ-10, в —шинный ТПШЛ-10; 1, 2 — зажимы первичной и вторичной обмоток, 3 — литая изоляция, 4 — установочный угольник, 5 — сердечник

Рисунок 4 – Опорный трансформатор тока ТФНД-220 наружной установки
В высоковольтных распределительных устройствах подстанций применяют проходные (Рисунок 5, а) и опорные (Рисунок 5, б) трансформаторы тока.

Рисунок 5 – Трансформаторы тока:
а — проходной ТПФМ-10 на 10 кВ, б — опорный ТФН-35М на 35 кВ; 1 и 3 — первичная и вторичная обмотки, 2 — фарфоровый изолятор, 4 — сердечник вторичной обмотки, 5 — контактный угольник, 6 — крышка, 7 — кожух, 8 — верхний фланец, 9 — зажимы выводов вторичной обмотки, 10 — якореобразный болт, 11 — крышка, 12 — фарфоровая покрышка, 13 — изоляционное масло, 14 — кольцевые обмотки («восьмеркой»), 15 — полухомут, 16 — масловыпускатель, 17 — цоколь, 18 — коробка вторичных выводов, 19 — кабельная муфта, 20 — маслоуказатель

устройство, принцип работы, виды, ремонт

Сухие трансформаторы, имеющие литую изоляцию – преобразователи энергии из одного класса напряжения в другой, имеющие в своем конструктивном исполнении тип естественного воздушного охлаждения всех рабочих агрегатов. Такое охлаждение электроустановки строится на основе конвекции окружающего воздуха внутри всех систем трансформатора, процессами лучеиспускания выделяемого тепла в момент его нормальной работы.

Данный тип преобразователей напряжения связан с применением трансформирующих энергию устройств в местах, где требуется повышенная безопасность всей установки, ее обслуживающего персонала.

Устройство и принцип действия силового трансформатора

Электрическая преобразовательная установка или трансформатор напряжения имеет несколько основных конструктивных элементов:

1. Корпус – различного типа в зависимости от деталей монтажа может иметь различный конструктив, но его основная задача – надежно содержать в себе, безопасно изолировать от окружающих процессов всю электрическую часть устройства преобразования энергии.
2. Первичная обмотка – вход устройства (ввод) – катушка с медными проводниками, определенного количества витков, сечения, типа, внутренняя часть которой связана с внешними контактными выводами, установленными на изоляционной основе. В зависимости от общего функционала трансформатора (повышающий/понижающий тип) к ее контактной части подключаются токопроводящие элементы для дальнейшего проведения процесса трансформации. Обмотка первичного типа, как и вторичного связана (намотана) на конструктивную деталь магнитопровода – обязательная необходимость для выполнения основного процесса трансформации.
3. Вторичная обмотка – выходная контактная часть преобразователя. В зависимости от общего функционала оборудования имеет свои особенности и конструктивное исполнение, сечение проводника в своей катушечной намотке.
4. Магнитопровод – конструкция из электротехнической шихтованной, прессованной стали, или феррамагнитных материалов, определенного строения и формы, объединяющая своим «телом» обе обмотки. Благодаря его замкнутому контуру, практически реализуются электромагнитные законы, что позволяет выполнять процесс трансформации энергии по классу напряжения.
5. Дополнительная элементная база, если масштабировать устройства трансформатора по назначению и сфере применения. К ней относятся все остальные элементы, входящие в состав преобразователя напряжения.

Наиболее наглядно устройство трансформатора напряжения показано на Рисунке 1.

Рисунок 1. Детальная конструкция и устройство трансформатора напряжения

Радиаторы, изоляторы, расширительный бак и остальные дополнительные части могут меняться в зависимости от типа исполнения конкретного электротехнического оборудования.

Подробно объяснить принцип действия преобразователя напряжения легко на основе схемы оборудования:

Имеется первичная, вводная обмотка из намотанных на магнитопровод, как правило медных проводников, на которую подается определенная величина напряжения и вторичная, (вывод) обмотка, с выводных клемм которой производится снятие напряжение, но уже пониженной до требуемого значения величины напряжения. Обе обмотки намотаны на стороны сердечника и не имеют электрической связи между собой. Сердечник, он же магнитопровод, по закону электромагнитной индукции, реализует весь процесс преобразования напряжения в устройстве.

Рисунок 2. Принцип действия трансформатора

Переменный ток (изменяющийся во времени с рабочей частотой в 50Гц) поступает на ввод первичной обмотки и протекает по всем проводникам этой катушки, наводя тем самым со своей стороны сердечника ЭДС. Согласно закону электромагнитной индукции в магнитопроводе наводится и начинает свою циркуляцию магнитный поток определенной величины. Это магнитное поле в ходе кругового движения по сердечнику проходит сквозь проводники вторичной обмотки устройства, которая намотана с противоположной стороны оборудования и наводит там свою ЭДС меньшей величины (пример рассматривает именно понижающий тип устройства). Величина ЭДС вторичной обмотки своим действием создает номинальный ток и величину напряжения на вторичной обмотке, которые снимаются с ее выводных клемм и являются результатом всей работы электропреобразователя.

Изменяя конструкцию сердечника, сечение, тип проводников их количество витков в каждой из обмоток – возможно варьировать принцип действия оборудования используя его, как понижающий узел передачи электро энергии от источника питания к потребителю, повышающий элемент в составе установки «Генератор-Трансформатор-ЛЭП» или передающий элемент, когда необходимо не изменять величину напряжения, а использовать его в системах релейных защит в качестве безопасного устройства, обеспечивающего гальваническую развязку для автоматики и защиты.

Конструктивные особенности сухих трансформаторов с литой изоляцией

Если рассматривать в деталях устройство сухого трансформатора с литой изоляцией, то обращая внимание на Рис. 3 выделяется одна отличительная особенность агрегата, необходимая ему для реализации процесса естественного воздушного охлаждения всей электросистема – это практически полное отсутствие цельного корпуса оборудования, по сравнению с другими трансформаторами, где используется масляное или смешанное охлаждение.

Рисунок 3. Сухой трансформатор с литой изоляцией

Электрическая, магнитная часть трансформатора сухого типа мало чем отличается от остального типов преобразователей – в своем устройстве имеются обмотки из медных проводников первичного и вторичного типа, одна из которых подключается к источнику энергии (первичная), а вторая соединяется с нагрузкой – потребителем напряжения. Имеется в составе замкнутый магнитопровод, контактные выводы необходимые для нормальных условий образования электромагнитной индукции, трансформации энергии.

Основные отличия сухих трансформаторов начинаются в изоляции обмоток, корпусе изделия.

Исполнение изоляции – это главная отличительная особенность оборудования сухого типа. Для ее производства, создания используют:

• специальные изоляционные профили, обладающие повышенными диэлектрическими характеристиками. Применяются усиленной прочности фарфоровые изоляторы, при формировании вертикальных и горизонтальных каналов воздушного охлаждения устройства;
• материал и производство из него самой изоляции производится по специальной технологии и представляет форму монолита (отсюда и название «литая») путем заливки эпоксидных диэлектриков на медные проводники обмотки.

Второй отличительной чертой преобразователей сухого типа является его внешнее конструктивное исполнение, габариты. Относительно других разновидностей подобных электротехнических устройств, сухие трансформаторы имеют большие размеры габаритов. К тому же, у них нет общего цельного литого корпуса в своем устройстве, лишь отдельные элементы внешней защиты (листы для обмоток), планки для установки контактных частей ввода-вывода, такелажных работ в момент монтажа и нижнего колесного конструктива для возможности перемещения в момент первичного монтажа и последующего обслуживания.

Подобные отличия имеют ряд плюсов, минусов в основной работе агрегата.

Преимущества применения

Устройство трансформаторов сухого типа из-за конструктивных особенностей, применения новейший, усиленных материалов изоляции, сердечника, элементов корпуса содержит в себе набор преимуществ, которые можно разделить на элементы взаимодействия преобразователей с окружающей средой и по их техническим характеристикам и показателям.

Экологичность

При взаимодействии с окружающей средой, в моменты полного цикла эксплуатации таких устройств, после списания в утиль, такое оборудование производит наименьшее загрязнение, как окружающий воздух, так и окружающую среду в целом. Это связано с отсутствием вредной, агрессивной среды охлаждающей жидкости, как у моделей масляного типа, которые в следствии постоянных выхлопных газов в момент эксплуатации, в момент аварий или ремонтов наносят существенный вред экологии остатками трансформаторного масла, распад которого или переработка в экологически чистый продукт происходит или с трудом или с большими дополнительными затратами на такие процедуры.

Изделия, использующие естественную конвекцию воздуха в качестве охлаждения своей нормальной работы, попросту не имеют такого объема вредных веществ, а значит значительно чище по экологическим нормам и правилам.

Пожаробезопасность

Снижение опасности возникновения пожара в аварийном режиме работы, в случае ремонтных или наладочных работ у трансформаторов сухого типа также значительно ниже относительно масляных. Причиной является все тоже отсутствие пожароопасной легковоспламеняющейся жидкости охлаждения на основе масляных продуктов. А конструктив из литой изоляции, которые реализуется на основе современных, высокопрочных, усиленных материалов диэлектриков в изоляции обмоток оборудования лишь увеличивает их надежность и стойкость к возникновению пожаров.

Именно исходя из первых двух пунктов преимуществ устройств сухого типа их использование рекомендуется в зонах, где есть повышенная опасность к возникновению пожара и требуется лучшая безопасность, как остального электротехнического оборудования, рабочего персонала.

Низкое шумовое загрязнение

Шумовой эффект и его воздействие как на окружающую среду, так и на обслуживающий персонал возникает в момент работы устройства под нагрузкой и зависит от множества факторов, основным из которых является строение, форма его магнитной части. Независимо от типа преобразователя, его идеального формата, бесшумного типа в момент эксплуатации не бывает в природе.

Трансформаторы сухого типа имеют более низкое шумовое загрязнение в момент своей работы за счет изготовления шихтованного сердечника и склейки, пропитки его листов многочисленными слоями эпоксидных смол. Образующая таким образом монолитная конструкция магнитопровода производит значительное шумовое гашение при работе трансформатора под нагрузкой в отличии от энерго агрегатов с масляным или другим типом строения.

Высокая устойчивость к токам короткого замыкания

По средствам своего конструктива электрической части, изоляции, внешнего корпуса оборудование сухого типа имеет высокую устойчивость к режиму короткого замыкания и токам, возникающим в следствии образования подобного режима.

Энерго агрегаты номинальной мощностью более 1000 кВа имеют в нормальной эксплуатации напряжение по КЗ равное 6-8%, что повышает предел устойчивости таких изделий от разрушительного воздействия токов короткого замыкания.

Работа в сетях, которые подвержены грозовым и коммутационным перенапряжениям

Возможность нормальной работы обусловлено стойкостью электротехнического оборудования к режимам КЗ, использованием при их проектировании монолитного типа изоляции обмоток, контактных частей, на основе эпоксидных современных усиленных по диэлектрическим свойствам материалам.

Этот приоритет работы расширяет их зону эксплуатации не только по степени опасности использования, но по климатическому исполнению зон с повышенной угрозой частых грозовых фронтов.

Облегченный монтаж

При его монтаже на объекте нет нужды монтировать сложную и чувствительную структуру пожаротушения объекта с оборудованием, производить наладку автоматики, сигнализации. На этом экономится значительное время монтажа. В сухих преобразователях нет маслоприемников, расширительных баков остальных комплектующих необходимых при вводе в эксплуатацию масляных устройств преобразования энергии.

В комплексе отсутствие всех перечисленных элементов позволяет обеспечить облегченный монтаж оборудования на объекте, производить менее длительную диагностику их в процессе эксплуатации.

Экономичность

Что касается сухого типа преобразователей в оценке их экономичности – то это их весомое преимущество. В связи с отсутствием систем пожаротушения, бюджет при проектировании электроустановок, в составе которых закладывают сухие силовые модули преобразования энергии значительно выигрывает в объеме.

Возможность значительного близкого расположения электрооборудования к потребителям позволяет экономить на меньшем расходе материалов для строительства передающих линий – их длина за счет этого значительно минимизируется, а также уменьшаются потери мощности в момент передачи энергии конечным потребителям.

Автоматический контроль охлаждения

Проектирование систем автоматизации контроля охлаждения в сухих блоках в большинстве случаев не требуется за счет основного принципа реализации охлаждения, построенного на естественной конвекции воздуха из окружающей среды в работающий, передающий трансформатор и обратно. Сама работа установки сухого типа, ее исполнение корпуса со специальными воздушными каналами позволяет полуавтоматически вести контроль за нагревом всей его электрической частью.

Исключения могут составлять отдельные изделия большой мощности в сухом исполнении, в которых реализуются проекты установки принудительного охлаждения путем дополнительной установки вентиляторов в отдельные части трансформирующих отсеков.

Особенности различных серий

Исходя из Рис. 4 наглядно видно, что вторая буква в аббревиатуре любой марки трансформатора, определяет его тип охлаждения. Для сухого вида соответственно будет применяться буква «С». Следующим за ним идет исполнение корпуса.

Рисунок 4. Расшифровка марки силовых трансформаторов

Даже внутри систем сухого охлаждения существует несколько разновидностей преобразователей энергии, обладающих своими особенностями при выпуске их серий. Стоит рассмотреть основные из них, кратко описав отличия.

ТСГЛ, ТСДГЛ

Согласно установленной расшифровки аббревиатуры марки изделия получаем:

1. «Т» – устройство –силовой преобразователь.
2. «С» – тип охлаждения – сухой тип.
3. «Д» – буквенное обозначение во второй марки главы – обозначение, входящего в комплект датчика температуры окружающей среды на кабельной системе в длину не менее 10м, позволяющем контролировать режимы нагревы помещения в различных точках. Его мобильность обеспечивает свободное перемещение тепловых защит и автоматики управления вентиляторами в случае их использования.
4. «Г» – тип материала изоляции – применение в устройстве энерго агрегата специального типа сверхстойкой изоляции, имеющей научное название – геофоливая. Она обладает повышенной стойкостью и увеличенными диэлектрическими свойствами.
5. «Л» – метод исполнения изоляции обмоток – литая изоляция говорит о производстве монолитного эпоксидного компаунда в виде изоляции обмоток, который и позволяет иметь сверх свойства диэлектрика и прочности.

Серии устройств типа ТСГЛ и ТСДГЛ выполняются как правило на первичной напряжение обмотки в диапазоне 6-10 кВ, вторичная обмотка этих устройств понижает величину напряжения до 0,4 кВ. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов преимущественно:

• треугольник – Звезда с заземленными нейтралями;
• звезда – Звезда с нулевым проводником.

Материал обмоток выполняется из алюминиевых проводников в изначальном заводском проекте. Изоляция обмоток дополнительно усилена сеткой из стекловолокна, что увеличивает стойкость изоляции обмоток по всем параметрам и аварийным режимам.

ТСЗГЛ, ТСДЗГЛ

Вторая серия имеет расшифровку своих аббревиатур практически в том исполнении. Исключением является дополнение буквенного символа «З» – охлаждение воздухом в защищенном исполнении. Здесь стоит рассмотреть детали спроектированных моделей в зависимости от ошиновки (шиной или кабельными системами) их первичных, вторичных выводов.

С подводом НН и ВН кабелей

В таком исполнении расположения контактных частей первичной высоковольтной и вторичной низковольтной обмотки надежно защищены поверхностью защитного кожуха. Расположение для подключения первичной (ВН) и вторичной (НН) обмотки кабелей по обеим сторонам устройства находится под ним.

С шинными выводами НН на крыше

В случае если подключение сухого трансформатора напряжения производится путем ошиновки в такой серии и проекте – ВН контакты расположены под защитным кожухом, а НН часть присоединения выведена на крышу кожуха и ошиновка вторичной обмотки производится там.

С выводами НН и ВН на крыше

В таком конструктивном исполнении все контакты ВН и НН части сухого трансформатора выведены на крышу кожуха, имеют возможность подключения в электросистему как шиной, так и кабельными линиями.

ТСЗГЛ11, ТСДЗГЛ11

Основная расшифровка таких серий по буквенным символам не имеет отличий от вышеперечисленного оборудования. Исключение составляет цифровой символ в обоих марках трансформаторах – «11», его наличие говорит о смещении низковольтных выводов на боковую часть защитного кожуха механизма сухого типа. При этом обе марки предназначены для подключения обеих обмоток кабельными линиями.

ТСЗГЛФ11, ТСДЗГЛФ11

Еще один похожий выпуск серий блоков, имеющих отличие в комплектации, маркировки в виде буквенного символа «Ф», который обозначает фланцевое исполнение основных модулей боковой части защитного кожуха.

Отличительный класс по нагрев стойкости F типа. Боковое расположение контактных частей ВН на боковом фланце, а НН стороны, выведенных на крышу защитного кожуха. Возможность включения в систему электроснабжения по средствам шин или кабелей для вторичной обмотки и только шинами для подключения высоковольтных вводов трансформатора.

Электрические и шумовые характеристики в зависимости от мощности

Параметры электрической части преобразователей энергии из одного класса напряжения в другой имеются прямо пропорциональную зависимости от номинальной мощности устройства. Известен факт, чем больше необходимо питать энерго потребителей, приемников электрической энергии, тем больше необходима мощность силового трансформатора, вне зависимости от типа его охлаждения.

А следовательно, даже в сухих агрегатах преобразования при увеличении требуемой мощности необходимо расширять, увеличивать и сечение проводников обмоток обеих сторон устройства, так и увеличивать их размер, что в свою очередь провоцирует дальнейший рост остальных геометрических параметров оборудования.

Идеального устройства громадной мощности, но с минимальными габаритами в настоящее время пока изобретено не было, точно так же, как нормально постоянно работающих материалов сверхпроводимости. Однако в сухих типах в связи с отсутствием систем и комплектующих масляного охлаждения вся электрическая часть располагается наиболее компактном исполнении в зависимости от серии устройств.

Характеристики шумовой мощности сухих трансформаторов напряжения имеют такую же прямую зависимость, пропорциональную мощности энерго агрегата и в базовых номинальных значениях варьируется в значениях и допусках равных 50 -70 дБ, но не более.

Размеры и масса

Наличие дополнительных элементов в сухих преобразователях энергии определяют его конструктивные размеры и массу. Они отличаются и дробятся по сериям выпуска. Именно так их и проще всего осветить здесь

ТСГЛ, ТСДГЛ

Устройства с геофоливой изоляцией, усиленной стекловолокном, но не имеющих защитных кожухов имеют следующие геометрические параметры своего «тела» в диапазоне мощностей 100-2500кВа:

Таблица 1. Габаритные размеры и масса ТСГЛ, ТСДГЛ в основных границах размеров и мощностей

Марка Трансформатора ТСГЛ/ТСДГЛ	Габаритные размеры Длина х Ширина х Высота, мм		Колея колес, размер осей, мм	Вес изделий сухого типа нетто, кг
	Степень защиты IP00	Степень защиты IP21		Степень защиты IP00/IP21
от 100 до 2500 кВа	1250х800х1000 до 1720х1430х2100	1250х1000х1000 До 1720х1530х2100	660 До 1070	750 До 4450

Более детальная раскадровка габаритных размеров и массы устройств по конкретной мощности возможно получить на сайтах заводов изготовителей, или в справочной технической литературе. В Табл. 1 показаны минимальные и максимальные параметры устройств для общего освещения их минимальных и максимальных размеров и веса.

ТСЗГЛ, ТСДЗГЛ

Тут стоит расписывать параметры исходя вновь из типа расположения вводов на защитном кожухе по каждой стороне обмоток и типу их ошиновки.

С подводом НН и ВН кабелей

Публикация вновь очерчивает их минимальный и максимальный параметр по размерам и тоннажу в зависимости от диапазона мощности

Таблица 2. ТСЗГЛ/ТСДЗГЛ с подводом кабелей на НН и ВН

Марка Трансформатора ТСЗГЛ/ТСДЗГЛ	Габаритные размеры Длина х Ширина х Высота, мм		Колея колес, размер осей, мм	Вес изделий сухого типа нетто, кг
	Степень защиты IP00	Степень защиты IP21		Степень защиты IP00/IP21
от 100 до 2500 кВа	1340х810х1540 до 2250х1500х2370	1340х1110х1540 До 2250х1520х2370	660 До 1070	850 До 5380

Анализируя вторую параметрическую таблицу и сравнивая ее с первой становится понятно, что дополнительный конструктив в виде защитного кожуха вносит свои коррективы в размеры оборудования преобразования в сторону увеличения, как его рабочей массы, так и габаритных размеров.

С шинными выводами НН на крыше

Еще один вариант стоит рассмотреть по техническим параметрам, когда подключение к контактным частям производится преимущественно шиной и только на НН сторону устройства

Таблица 3. ТСЗГЛ/ТСДЗГЛ с подводом шин НН на крыше

Марка Трансформатора ТСЗГЛ/ТСДЗГЛ	Габаритные размеры Длина х Ширина х Высота, мм		Колея колес, размер осей, мм	Вес изделий сухого типа нетто, кг
	Степень защиты IP00	Степень защиты IP21		Степень защиты IP00/IP21
от 100 до 2500 кВа	1650х910х2260 до 2250х1500х2470	1650х1110х2260 До 2250х1520х2470	660 До 1070	1350 До 5380

Внутри серий изделий изменение типа ошиновки, расположение вводов достаточно критично влияет на размеры и массу оборудования.

С выводами НН и ВН на крыше

Последняя публикация технических параметров для трансформаторов сухого типа и защитным кожухом, где расположение контактных частей происходит на крыше кожуха обеих обмоток и имеется возможность подключения, как кабеля, так и шины к ним в Табл. 4.

Таблица 4 ТСЗГЛ/ТСДЗГЛ С выводами НН и ВН на крыше

Марка Трансформатора ТСЗГЛ/ТСДЗГЛ	Габаритные размеры Длина х Ширина х Высота, мм		Колея колес, размер осей, мм	Вес изделий сухого типа нетто, кг
	Степень защиты IP00	Степень защиты IP21		Степень защиты IP00/IP21
от 100 до 2500 кВа	1470х910х1540 до 2445х1500х2370	1470х1110х1540 До 2445х1520х2370	660 До 1070	850 До 5380

Некая схожесть есть с ранее опубликованными типами устройств без защитных кожухов, но в градации мощности по размерам идут сильные разночтения, отсюда размерная и весовая таблица опубликована по ним дополнительно.

ТСЗГЛ11, ТСДЗГЛ11

Устройства с параметром бокового смещения выводов на кожухе обладают отдельными геометрическими критериями и параметрами массы.

Таблица 5. ТСЗГЛ11/ТСДЗГЛ11 Данные по размерам оборудования с боковым смещением вводов

Марка Трансформатора ТСЗГЛ11/ТСДЗГЛ11	Габаритные размеры Длина х Ширина х Высота, мм		Колея колес, размер осей, мм	Вес изделий сухого типа нетто, кг
	Степень защиты IP00	Степень защиты IP21		Степень защиты IP00/IP21
от 100 до 2500 кВа	1470х910х1540 до 2445х1500х2370	1470х1110х1540 До 2445х1520х2370	660 До 1070	850 До 5380

Несмотря на боковое расположение контактов их конструктивное исполнение схоже с предыдущей серией трансформаторов.

ТСЗГЛФ11, ТСДЗГЛФ11

Наличие фланца на месте бокового расположения контактов обмоток на защитном кожухе не внесло отличий ни в вес, ни в размеры трансформаторов напряжения. Фланцевые устройства имеют такие же значения, как в Табл. 5. Повторная публикация одинаковой таблицы размеров и веса для них в этой статье будет излишней.

Схемы подключения температурного реле

Система контроля температуры сухих преобразователей напряжения на всех трех фазах и в нескольких точках сердечника реализована автоматическим образом на базе подключения теплового реле типа РТ 100, соединённого посредством температурных датчиков с точками замера температуры действующего оборудования.

Тепловое реле располагается на корпусе энерго установки в удобном для обслуживания и снятия показателей месте корпуса на универсальную DIN-рейку.

Схема подключения к трансформатору контактных частей теплового релейного контроля приводится ниже.

Рисунок 5. Тепловое реле РТ 100

Лимит максимальных и минимальных порогов срабатывания на сигнализацию аварии или режима отключения силового устройства допускается устанавливать силами обслуживающего персонала, но он не должен превышать допустимых значений в 140-150 ^{С для стандартно класса стойкости изоляции и выше для более усиленных. В Табл. 6 эти характеристики расписаны по каждому классу в деталях.}

Реле подключается к питанию через модульную дифференциальную защиту, а также связана своими контактами с катушками питания вентиляторов охлаждения определенных участков оборудования сухого типа, при срабатывании РТ 100 которые начинают принудительный обдув этих областей устройства.

Допустимые перегрузки

Сухие трансформаторы силового типа делятся в зависимости от класса нагрева стойкости изоляции согласно созданным стандартам. Исходя из них существует параметрическая таблица допусков по температурным перегрузкам силовых устройств.

Таблица 6. Допустимые перегрузки трансформаторов сухого типа

Тип изоляции устройства по классу нагрева стойкости с диапазоном температур	Срабатывание установленных на трансформатор терм зондов по сигналу «ТРЕВОГА»	Срабатывание установленных на трансформатор терм зондов по сигналу «ОТКЛЮЧЕНИЕ»
Класс «B» = -5 до 120 C	120 С	130 С
Класс «F» = -5 до 155 C	140 С	150 С
Класс «H» = -5 до 180 C	160 С	170 С

Таким образом, если сухие трансформаторы выбираются в климатической зоне с повышенным температурным балансом на длительную эксплуатацию – стоит обязательная необходимость их выбора с классом нагрева стойкости изоляции не менее «H», исходя из приведенных значений выше.

Как устроить вентиляцию в отсеках

Для оптимального создания и проведения естественного воздушного охлаждения силового трансформирующего агрегата электроэнергии необходимо в отсеках, где планируется его постоянная установка и подключение, создание правильной схемы приточно-вытяжной вентиляции.

Некоторые рекомендации по их создании в короткой схеме и с небольшим описанием приводятся ниже.

Рисунок 6. Создание вентиляции для сухих трансформаторов в зоне их эксплуатации

Расчет выбора отверстий приточного и вытяжного отверстиях, обозначенных на Рис. 6 S1/S2 производится по специальным расчетным формулам и зависят от нескольких параметров силового преобразователя, а так же от размеров самого отсека в котором происходит установка. Данные расчеты лучше доверить или компьютеризированным сервисам просчета технических параметров для оптимальной работы трансформаторов или отнести на счет проектных бюро, которые проектируют будущую электроустановку или ее часть.

Особенности ремонта высоковольтных моделей

Оборудование преобразования энергии сухого типа в высоковольтном исполнении на напряжение от 10 до 35 кВ имеет некоторые особенности планово-предупредительных и капитальных ремонтов своих узлов и агрегатов. Прежде всего, так как такие устройства несут в себе повышенную опасность и отвечают за передачу и распределение больших мощностей энергии, выход из строя узлов которой может повлечь за собой еще более серьезные последствия остановки многочисленных систем распределения и потребления энергии их планово-предупредительные ремонты проводят высококвалифицированный персонал и с определенной частотой исполнения.

При этом обслуживающий персонал не учитывает, что тип таких устройств позволяет длительное время работать оборудованию без проводимой ревизий – обеспечение повышенной надежности в этих узлах в приоритете для бригады диагностов.

Плановые ремонты высоковольтных моделей направлены на контроль, диагностику и поддержания в полном исправном состоянии значений трех основных параметров устройств:

• качество и диэлектрические свойства монолитной изоляции обмоток;
• процесс отдачи тепла, циркуляция воздушных потоков и ее эффективность;
• самонесущие способности устройства.

Важным значением в обмотках высоковольтных моделей, является полная и детальная диагностика их изоляции путем измерений, тестов, предписанных в нормативной документации по диагностике и эксплуатации. Связано такое пристальное внимание к этим элементам электрической части невозможностью перемотки обмоток сухого трансформатора напряжения в силу его конструктивного исполнения и текущих процессов, которые в нем происходят. При обнаружении неисправностей или дефектов в этих узлах производится постановка всего устройства в ремонт и помодульная замена дефективных элементов.

Еще один важный пункт ремонта – это проверка на исправность и эффективность действия всех воздушных каналов блока преобразования сухого типа, от которых зависит весь процесс теплоотдачи в период работы устройства.

Оценка шумовых характеристик преобразователя – третий ключевой параметр в диагностике и ремонте высоковольтных моделей силовых агрегатов.

Защита силового трансформатора | кратко об основном

«Сердцем» любой трансформаторной подстанции является силовой трансформатор. При этом данное оборудование является крайне дорогостоящим, поэтому при любых видах повреждениях данного оборудования оно должно незамедлительно отключаться. Реализовать это можно только одним способом – установкой быстродействующих и чувствительных защит по высокой и низкой стороне трансформатора. В данной статье постараемся кратко разобрать основные виды защит, зоны их работы и особенности.

Итак, трансформаторы мощностью менее 1 кВА защищаются чаще всего с помощью обычных предохранителей по высокой стороне и автоматических выключателей – по низкой, а это отдельная тема. Сейчас же поговорим об особенностях защиты мощных трансформаторов от 2,5 кВА и выше.
Итак, для начала необходимо сказать, что защиты трансформатора бывают основными и резервными. К основным защитам относится дифференциальная защита и газовая защита трансформатора.

Дифференциальная защита работает без выдержки времени. Это защита с абсолютной селективностью, то есть она реагирует на все виды двухфазных и трехфазных КЗ в зоне действия. Зона работы дифзащиты ограничена трансформаторами тока по сторонам высокого и низкого напряжения.

Газовая защита трансформатора также относится к основным, то есть она работает без выдержки времени и защищает исключительно силовой трансформатор от внутрибаковых повреждений. Газовая защита имеет две ступени. Первая ступень срабатывает при плавном снижении уровня масла в банке трансформатора. При этом отключения силового оборудования не происходит, и срабатывает лишь соответствующее указательное реле. Вторая ступень срабатывает уже на отключение силового трансформатора. Работает эта защита при возникновении серьезного повреждения внутри бака силового трансформатора и выброса масла, а также в случае снижения уровня масла в оборудовании ниже уровня газового реле.

С основными защитами силового трансформатора мы разобрались – переходим к резервным. Наиболее важной (если можно так выразиться) резервной защитой является МТЗ. К преимуществам данной защиты можно отнести возможность дальнего резервировании при коротком замыкания. Это значит, что данная защита будет чувствительной не только при КЗ на силовом трансформаторе, но и в случае возникновении аварии на отходящем присоединении. Время срабатывания защиты выбирается, исходя из принципов селективности, и может составлять от 0,5 до 4 секунд.

Токовая резервная защита также воздействует на отключение силового трансформатора. Назначение данного устройства, построенного на блоках ПР 4700 или РЗТ, заключается в резервировании основных защит при их отказе или в случае потери опертока. Основным преимуществом данной защиты является полная независимость от оперативного тока на подстанции. Время срабатывания токовой резервной защиты обычно максимальное (от 3 до 6 секунд).

Защита минимального напряжения (ЗМН) работает в случае обесточения силового трансформатора и воздействует на до отключение выключателя низкой стороны перед действием АВР. Время работы ЗМН может различным – от 6 до 20 секунд, в зависимости от типа нагрузки и требований потребителя.

Из защит, действующих на сигнал, стоит выделить защиту от перегруза, которая работает в случае превышения номинальной мощности трансформатора в среднем на 25 процентов. Время срабатывания такой защиты составляет обычно девять секунд.

При повышении температуры масла в баке силового трансформатора будет работать защита от перегрева. При этом установка по температуре зависит от вида охлаждения силового трансформатора. Защита также работает на сигнал. Время срабатывания также эквивалентно времени срабатывания предупредительной сигнализации на подстанции.

Конечно, выше перечислены далеко не все защиты силового трансформатора. Но приведенной информации вполне достаточно, чтобы хотя бы частично усвоить данный вопрос.

Конструкция и принцип работы трансформатора

Принцип работы силового трансформатора очень прост, он аналогичен принципу взаимной индукции. Трансформатор представляет собой статический (или стационарный) элемент устройства, с помощью которого электрическая мощность в одной цепи преобразуется в электрическую мощность та же частота в другой цепи. он может повышать или понижать напряжение в цепи, но с соответствующим уменьшением или увеличением тока. Физическая основа силового трансформатора — это взаимная индукция между двумя цепями, связанными общим магнитным потоком .В своей простейшей форме он состоит из двух индуктивных катушек, которые электрически разделены, но магнитно связаны через путь с низким сопротивлением, как показано на рисунке ниже.
Обе катушки обладают высокой взаимной индуктивностью. Если одна катушка подключена к источнику переменного напряжения, переменный поток создается в многослойном сердечнике, большая часть которого связана с другой катушкой, в которой он создает взаимно индуцированную ЭДС. (согласно законам электромагнитной индукции Фарадея e = M.dI / dt) .Если вторая цепь катушки замкнута, в ней протекает ток, и поэтому электрическая энергия передается (полностью магнитным путем) от первой катушки ко второй катушке. Первая катушка, в которой электрическая энергия подается от переменного тока. питающая сеть называется первичной обмоткой, а другая, из которой отбирается энергия, называется вторичной обмоткой. Короче говоря, силовой трансформатор — это устройство, которое

1. передает электроэнергию из одной цепи в другую

2.делает это без изменения частоты

3. Это достигается за счет электромагнитной индукции и

4. где две электрические цепи находятся во взаимоиндуктивном влиянии друг друга.

Конструкция трансформатора:

Силовой трансформатор состоит из двух катушек с взаимной индуктивностью и многослойного стального сердечника. Две катушки изолированы друг от друга и стального сердечника.Другие необходимые детали — это подходящий контейнер для собранного сердечника и обмоток; подходящая среда для изоляции сердечника и его обмоток от контейнера; подходящие вводы (фарфоровые, маслонаполненные или конденсаторные) для изоляции и вывода выводов обмоток из бака.
Во всех типах силовых трансформаторов сердечник изготовлен из листов трансформаторной листовой стали, собранных для обеспечения непрерывного магнитного пути с минимальным включенным воздушным зазором.Используемая сталь имеет высокое содержание кремния, иногда термообработку для обеспечения высокой проницаемости и низких гистерезисных потерь при обычных рабочих плотностях потока. Потери на вихревые токи сводятся к минимуму за счет ламинирования сердечника, причем слои изолированы друг от друга светом. покрытие стержневым лаком или оксидным слоем на поверхности.
Толщина пластин варьируется от 0,35 мм для частоты 50 Гц до 0,5 мм для частоты 25 Гц. Пластины сердечника (в виде полос) соединяются, как показано на рисунке.Видно, что стыки в чередующихся слоях расположены в шахматном порядке, чтобы избежать наличия узких зазоров прямо через поперечное сечение сердечника. Такие стыки в шахматном порядке называются «черепичными».

Конструктивно трансформаторы делятся на два основных типа, которые отличаются друг от друга только тем, как первичная и вторичная обмотки размещены вокруг многослойного сердечника. Два типа известны как

(i) трансформаторы с сердечником
(ii) трансформаторы с корпусом

Другой недавней разработкой является трансформатор со спиральным сердечником или с намотанным сердечником, торговая марка Spiral Core transformer .В так называемых трансформаторах с сердечником обмотки окружают значительную часть сердечника, тогда как в трансформаторах с корпусом сердечник окружает значительную часть обмоток, как схематично показано на рисунках (а) и (b) соответственно.

На упрощенной схеме трансформаторов с сердечником первичная и вторичная обмотки показаны расположенными на противоположных плечах (или плечах) сердечника, но в реальной конструкции они всегда чередуются для уменьшения потока утечки.Как показано на рисунке, половина первичной и половина вторичной обмоток размещены бок о бок или концентрически на каждой конечности, а не первичная обмотка на одной конечности (или ноге), а вторичная — на другой.


Как в трансформаторах с сердечником , так и в трансформаторах корпусного типа отдельные листы нарезаются в виде длинных полос L, E и I. Как показано на рисунке, сборка полного сердечника для двух типов трансформаторов показана на рисунках ниже.



Как сказано выше, во избежание высокого сопротивления в соединениях, где ламинаты стыкуются друг с другом, чередующиеся слои укладываются по-разному, чтобы исключить эти соединения, как показано на рисунках ниже.

(PDF) ТРАНСФОРМАТОР: Принцип действия трансформатора

Парвин Р.Карим, преподаватель. Электротехнический отдел. Al-Hawija Technical

институт Северный технический университет

Аналогичным образом, разделив уравнение (10) на уравнение (11), дает





  …… .. ( 16)

Где a — коэффициент трансформации трансформатора.

В случае, трансформатор называется повышающим трансформатором, а для

 трансформатор называется понижающим трансформатором.В идеальном трансформаторе

–

потери равны нулю. В этом случае входная мощность трансформатора равна выходной мощности

, и это дает

  …… .. (17)

Уравнение (17) можно переформулировать как :





  …… .. (18)

Отношение первичного тока к вторичному:





 …….. (19)

Опять же, магнитодвижущая сила, создаваемая первичным током, будет равна

магнитодвижущей силе, создаваемой вторичным током, и ее можно выразить как:

  …… .. (21)







 …… .. (22)

Из уравнения (22) следует, что отношение первичных к вторичному току обратно пропорционально

коэффициенту трансформации трансформатора.

Входная и выходная мощность идеального трансформатора составляет:

  …… .. (23)

    …… .. (24)

Для идеальных условий угол  равен углу , и выходная мощность может быть переставлена ​​как

в виде,

 

 …… .. (25)

   …… .. (26)

Из ур.(26) видно, что входная и выходная мощность одинаковы в случае идеального трансформатора

, аналогично входная и выходная реактивная мощность равны:

Введение в трансформаторы | Строительство, работа, приложения

В этом руководстве мы увидим краткое введение в трансформаторы. Мы узнаем, что такое электрический трансформатор, конструкция трансформатора, принцип его работы, классификации трансформаторов, потери и КПД, а также некоторые области применения.

Введение в трансформаторы

Трансформатор — одно из наиболее распространенных устройств в электрической системе, которое связывает цепи, работающие при разных напряжениях. Они обычно используются в приложениях, где требуется преобразование переменного напряжения с одного уровня напряжения. к другому.

Можно уменьшить или увеличить напряжение и ток с помощью трансформатора в цепях переменного тока в зависимости от требований электрического оборудования, устройства или нагрузки.В различных приложениях используется широкий спектр трансформаторов, включая силовые, измерительные и импульсные трансформаторы.

В целом трансформаторы делятся на два типа, а именно электронные трансформаторы и силовые трансформаторы. Рабочие напряжения электронных трансформаторов очень низкие и рассчитаны на низкие уровни мощности. Они используются в бытовом электронном оборудовании, таком как телевизоры, персональные компьютеры, CD / DVD-плееры и другие устройства.

Термин «силовой трансформатор» относится к трансформаторам с высокими значениями мощности и напряжения.Они широко используются в системах выработки, передачи, распределения и коммунальных услуг для повышения или понижения уровней напряжения. Однако работа этих двух типов трансформаторов одинакова. Итак, давайте подробнее остановимся на трансформаторах.

Что такое электрический трансформатор?

Трансформатор — это статическое устройство (то есть не имеющее движущихся частей), которое состоит из одной, двух или более обмоток, которые магнитно связаны и электрически разделены с магнитным сердечником или без него.Он передает электрическую энергию от одной цепи к другой по принципу электромагнитной индукции.

Обмотка, подключенная к основному источнику переменного тока, называется первичной обмоткой, а обмотка, подключенная к нагрузке или от которой отводится энергия, называется вторичной обмоткой. Эти две обмотки с надлежащей изоляцией намотаны на многослойный сердечник, который обеспечивает магнитный путь между обмотками.

Электрический трансформатор

Когда первичная обмотка запитана источником переменного напряжения, в сердечнике трансформатора будет создаваться переменный магнитный поток или поле.Эта амплитуда магнитного потока зависит от величины приложенного напряжения, частоты источника питания и количества витков на первичной стороне.

Этот поток циркулирует по сердечнику и, следовательно, связан с вторичной обмоткой. Основанное на принципе электромагнитной индукции, эта магнитная связь индуцирует напряжение во вторичной обмотке. Это называется взаимной индукцией между двумя цепями. Напряжение вторичной обмотки зависит от количества витков вторичной обмотки, а также от магнитного потока и частоты.

Трансформаторы широко используются в электроэнергетических системах для создания переменных значений напряжения и токов с одинаковой частотой. Следовательно, за счет соответствующей пропорции первичного и вторичного витков трансформатор получает желаемое соотношение напряжений.

Вернуться к началу

Конструкция трансформатора

Основными частями трансформатора являются сердечник, обмотки, контейнер или бак, вводы, расширитель и радиаторы.

Сердечник

Для мощных применений сердечник трансформатора изготовлен из материала с высокой магнитной проницаемостью, который обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитного потока.Поперечное сечение жилы может быть квадратным или прямоугольным.

Обычно трансформаторы с железным сердечником обеспечивают лучшее преобразование мощности по сравнению с трансформаторами с воздушным сердечником. Трансформаторы с воздушным сердечником используются для высокочастотных применений (выше 2 кГц), тогда как для низкочастотных применений (ниже 2 кГц) используются трансформаторы с железным сердечником.

Во всех типах трансформаторов сердечник изготовлен из кремнистой стали или листовой стали, собранных так, чтобы обеспечить непрерывный магнитный путь для магнитного потока.С этим слоистым сердечником потери на вихревые токи сведены к минимуму.

Толщина этих многослойных стальных листов составляет от 0,35 до 5 мм, они изолированы лаком, оксидом или фосфатом, а затем формируются в виде сердечника.

Для улучшения магнитных свойств используется горячекатаная сталь с ориентированным зерном (HRGO), холоднокатаная сталь с ориентированным зерном (CRGO) или листы с высоким содержанием B (HiB). В случае небольших трансформаторов сердечник сконструирован из горячекатаных листов кремнистой стали в форме E, и используются I, C и I или O.

Конструкция

Обмотки

Обычно (двухобмоточный) трансформатор имеет две обмотки, а именно первичную и вторичную обмотки, которые сделаны из высококачественной меди.

Изолированные многожильные проводники используются в качестве обмоток для проведения высоких токов. Эта изоляция позволяет избежать контакта витков с другими витками.

обмотки трансформатора

Напряжение, подключенное к первичной обмотке, называется первичным напряжением, тогда как индуцированное напряжение во вторичной обмотке называется вторичным напряжением.Если вторичное напряжение больше первичного, оно называется повышающим трансформатором, а если меньше — понижающим трансформатором. Поэтому обмотки обозначаются как обмотки ВН и НН в зависимости от уровня напряжения.

По сравнению с обмоткой НН, обмотка ВН требует большей изоляции, чтобы выдерживать высокие напряжения, а также большего зазора между сердечником и корпусом.

Катушки трансформатора могут быть концентрическими или многослойными. Концентрические катушки используются в трансформаторах с сердечником, тогда как многослойные катушки используются в трансформаторах с корпусом.При концентрическом расположении обмотка НН размещается рядом с сердечником, а обмотка ВН размещается вокруг обмотки НН для обеспечения низких требований к изоляции и зазорам. Наиболее часто используемые катушки для трансформатора включают спиральные, многослойные, дисковые и перекрестные катушки.

Другими необходимыми частями трансформатора являются расширительный бак, который используется для обеспечения необходимого хранения масла, чтобы давление масла при больших нагрузках стабилизировалось. Когда масло в трансформаторе нагревается, естественно, масло расширяется и сжимается.При этом масло подвергается сильному давлению, поэтому без расширительного бака существует вероятность взрыва трансформатора.

Проходные изоляторы обеспечивают изоляцию выходных клемм, снимаемых с обмоток трансформатора. Это могут быть фарфоровые вводы или вводы конденсаторного типа, которые выбираются в зависимости от уровня рабочего напряжения. Из-за простой, прочной и прочной конструкции трансформаторы требуют небольшого обслуживания. Из-за отсутствия движущихся частей КПД трансформатора очень высок, который может варьироваться от 95% до 98%.

Вернуться к началу

Классификация трансформаторов

Трансформаторы подразделяются на несколько типов в зависимости от различных факторов, включая номинальное напряжение, конструкцию, тип охлаждения, количество фаз в системе переменного тока, место, где он используется, и т. Д. мы обсудим некоторые из этих типов трансформаторов.

На основе функции

Трансформаторы подразделяются на два типа в зависимости от уровня преобразования напряжения. Это повышающие и понижающие трансформаторы.

Повышающие трансформаторы

В повышающем трансформаторе вторичное напряжение больше первичного. Это связано с меньшим количеством катушек в первичной обмотке по сравнению с вторичной. Этот тип трансформатора используется для повышения напряжения до более высокого уровня. Они используются в системах передачи и рассчитаны на более высокие уровни мощности.

Понижающие трансформаторы

В понижающем трансформаторе вторичное напряжение меньше первичного из-за меньшего количества витков во вторичной обмотке.Следовательно, этот тип трансформатора используется для понижения напряжения до определенных уровней цепи. В большинстве источников питания используется понижающий трансформатор, чтобы поддерживать рабочий диапазон схемы в пределах указанного более безопасного предела напряжения. Эти типы трансформаторов используются в распределительных системах (силовые трансформаторы) и в электронных схемах (электронные трансформаторы).

Следует отметить, что трансформатор является обратимым устройством, поэтому его можно использовать как повышающий, так и понижающий трансформатор. Например, если цепи требуется высокое напряжение, мы подключим клеммы ВН к нагрузке, тогда как нагрузке или схеме требуется низкое напряжение, мы подключим клеммы НН к нагрузке.

Соотношение напряжений трансформатора определяется соотношением витков. Чем больше витков в обмотке, тем выше будет создаваемое в ней напряжение. Следовательно, понижающий трансформатор имеет меньшее количество витков на вторичной обмотке для получения низкого напряжения и больше витков на первичной обмотке, чтобы выдерживать высокие уровни напряжения источника переменного тока.

Соотношение витков = первичное напряжение / вторичное напряжение = первичное / вторичное

Соотношение витков: VP / VS = NP / NS

На основе конструкции сердечника

На основании конструкции трансформаторы подразделяются на два типа: способ размещения обмоток вокруг сердечника.Это трансформаторы с сердечником и оболочкой.

Трансформатор с сердечником

Трансформатор с сердечником

В трансформаторе этого типа обмотки окружают значительную часть сердечника. Обычно распределительные трансформаторы бывают сердечникового типа. Некоторые из крупных силовых трансформаторов имеют корпусный тип.

В трансформаторах с сердечником используются цилиндрические катушки с формованной обмоткой, и эти катушки могут быть прямоугольными, овальными или круглыми. Для трансформатора с сердечником небольшого размера используется простой прямоугольный сердечник с цилиндрической катушкой круглой или прямоугольной формы.

А для трансформаторов с сердечником большого размера используется крестообразный сердечник с круглыми или круглыми цилиндрическими катушками. В большинстве трансформаторов с сердечником используются цилиндрические катушки из-за их механической прочности. Эти цилиндрические катушки намотаны спиральными слоями и изолированы друг от друга изолирующими материалами, такими как ткань, бумага, слюда и т. Д.

Обмотку низкого напряжения легко изолировать по сравнению с обмоткой высокого напряжения; следовательно, он расположен ближе к сердцевине.

Трансформатор с кожухом

В трансформаторе с кожухом железный сердечник окружает значительную часть медной обмотки, как обратный случай трансформатора с сердечником.В этом типе катушки также предварительно намотаны, но представляют собой многослойные катушки дискового типа, намотанные в виде блинов. Эти многослойные дисковые катушки в разных слоях разделены друг от друга бумагой. Вся обмотка состоит из уложенных друг на друга дисков, а между катушками предусмотрено изоляционное пространство для образования горизонтальных изолирующих и охлаждающих каналов.

Трансформатор Berry — это наиболее часто используемый трансформатор кожухового типа. В корпусном типе сердечник имеет три плеча, а обмотки намотаны вокруг центрального плеча.Обмотки как низкого, так и высокого напряжения разделены на разные катушки, которые расположены поочередно. Между обмотками НН зажаты обмотки ВН. Опять же, чтобы снизить требования к изоляции, обмотки низкого напряжения размещаются рядом с сердечником. Этот тип конструкции предпочтителен для трансформаторов с высокими номиналами. Трансформатор оболочечного типа

В зависимости от типа поставки

В зависимости от типа поставки трансформаторы могут быть одно- или трехфазными. Однофазные трансформаторы предназначены для работы в однофазной системе; поэтому он имеет две обмотки для преобразования уровней напряжения.Они используются на удаленных концах системы распределения электроэнергии. Они имеют меньшую номинальную мощность по сравнению с трехфазными трансформаторами. Для этого типа трансформатора в основном используется конструкция с сердечником.

Для работы с трехфазной системой нам потребуется три однофазных трансформатора. Таким образом, из соображений экономической выгоды трехфазный трансформатор рассматривается для трехфазного режима работы. Он состоит из трех обмоток или катушек, которые подключены надлежащим образом в соответствии с входным напряжением. Этот тип трансформаторов, первичная и вторичная обмотки соединяются по схеме звезда-треугольник или треугольник-звезда в зависимости от требований к напряжению нагрузки

В зависимости от использования

1. Силовой трансформатор
2. Распределительный трансформатор
3. Измерительный трансформатор

Другие типы трансформаторов

В зависимости от типа охлаждения они классифицируются как

1. Трансформатор с воздушным охлаждением
2. Трансформатор с воздушным охлаждением
3. Масляный трансформатор с самоохлаждением
4. Масляный трансформатор с водяным охлаждением
5. Масляный трансформатор с принудительным масляным охлаждением

Наверх

Принцип работы трансформатора

Работа трансформатора основана на принципе взаимной индукции между двумя катушками или обмоткой, которые связаны общим магнитным потоком.Когда первичная обмотка запитана от источника переменного тока, в первичной обмотке устанавливается магнитный поток.

Этот поток связан как с первичной, так и с вторичной обмотками, поскольку сердечник обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитного потока. Следовательно, большая часть потока, создаваемого первичной обмоткой, связана с вторичной обмоткой. Это называется основным потоком или полезным потоком. Кроме того, поток, который не связан с вторичной обмоткой, называется потоком рассеяния. Большинство трансформаторов имеют низкий поток утечки для уменьшения потерь.

Согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, эта магнитная связь как с первичной, так и с вторичной обмотками индуцирует в них ЭДС. Эта ЭДС, наведенная в каждой обмотке, пропорциональна количеству витков в ней. Напряжение или ЭДС, индуцированное в первичной обмотке, называется обратной ЭДС, которая противодействует входному напряжению питания до такой степени, что первичный ток не протекает.

Но через первичную обмотку трансформатора протекает небольшой ток намагничивания. ЭДС, наведенная во вторичной обмотке, представляет собой напряжение холостого хода.Если вторичная цепь замкнута или нагрузка подключена, вторичный ток начинает течь через нее, что приводит к созданию размагничивающего магнитного потока. Из-за этого размагничивающего потока возникает дисбаланс между приложенным напряжением и обратной ЭДС.

Чтобы восстановить баланс между этими двумя, от источника питания потребляется больше тока, так что эквивалентное магнитное поле создается для баланса с вторичным полем.

Поскольку одинаковый взаимный поток разрезает обе обмотки, ЭДС, индуцированная в каждом витке обеих обмоток, одинакова.Следовательно, общая наведенная ЭДС в каждой обмотке должна быть пропорциональна количеству витков в этой обмотке. Это оказывается для установления известной зависимости между наведенной ЭДС и числом витков. И задается как

E1 / E2 = N1 / N2

Поскольку напряжения на клеммах обеих обмоток немного отличаются от их наведенных ЭДС, мы можем записать как

V1 / V2 = N1 / N2

Это называется как коэффициент трансформации трансформатора. Это значение преобразования больше единицы в случае повышающего трансформатора и меньше единицы в понижающем трансформаторе.

С точки зрения баланса ампер-витков:

I1N1 = I2N2

I1 / I2 = N2 / N1

Вернуться к началу

Эквивалентная схема трансформатора

Эквивалентная схема машины или устройства — это просто интерпретация уравнений который сочетает в себе постоянные и переменные резисторы и реактивные сопротивления, что точно имитирует или полностью описывает поведение машины.

Как правило, проблемы, связанные с напряжением и током трансформатора, могут быть решены с помощью векторных диаграмм.Однако, чтобы упростить вычисления, очень удобно представить трансформатор эквивалентной схемой.

Применяя теорию прямых цепей к этой эквивалентной схеме, мы можем легко определить ток и напряжение в трансформаторе.

На приведенном выше рисунке показана эквивалентная схема трансформатора, в которой предполагается, что сопротивление и реактивное сопротивление как первичной, так и вторичной обмоток являются внешними (показаны отдельно) по отношению к обмотке.Ток холостого хода Io представляет собой комбинацию намагничивающей составляющей Iu и активной составляющей Iw.

Следовательно, влияние тока намагничивания представлено как Xo, а влияние активного компонента или компонента потерь в сердечнике представлено неиндуктивным резистивным Ro. И Ro, и Xo подключены через первичную обмотку, как показано на рисунке. Эта параллельная комбинация называется эквивалентной схемой при отсутствии нагрузки.

Когда нагрузка подключена к вторичной обмотке, ток I2 начинает течь через вторичную цепь и вызывает падение напряжения на X2 и R2.Как упоминалось выше, из-за вторичного тока I2 первичная обмотка потребляет больше тока. Таким образом, первичный ток I1 вызывает значительное падение на R1 и X1.

Для упрощения расчетов эквивалентная схема дополнительно упрощена за счет переноса вторичных сопротивлений и реактивных сопротивлений на первичную сторону, так что на соотношение E2 / E1 не влияет ни фаза, ни величина.

Первичный эквивалент вторичной ЭДС:

E2 ‘= E2 / K

Где K — коэффициент трансформации

Точно так же первичный эквивалент вторичного напряжения на клеммах равен

V2′ = V2 / K

Первичный эквивалент вторичного тока составляет

I2 ‘= I2 / K

Пусть R2′ — это сопротивление, передаваемое на первичную сторону, которое вызывает падение первичной обмотки, такое же, как и во вторичной обмотке.Итак, I2’R2 ’- это падение напряжения в первичной обмотке на R2’. Оказывается, соотношение I2’R2 ’и I2R2 должно быть таким же, как и отношение N1 / N2 (отношение оборотов).

Следовательно,

(I2’R2 ‘) / (I2R2) = (N1 / N2) = (1 / K)

R2′ = R2 × (I2 / I2 ‘) × (1 / K)

Но (I2 / I2 ‘) = (N1 / N2) = (1 / K)

Следовательно, R2′ = R2 / K ²

Аналогично X2 ‘= X2 / K ²

Таким же образом сопротивление нагрузки и реактивное сопротивление также могут передаваться на первичную обмотку.Со всеми этими переданными значениями точная эквивалентная схема трансформатора показана ниже.

Также возможно передать первичное сопротивление и реактивное сопротивление (или просто импеданс) вторичному, так же как вторичное сопротивление и реактивное сопротивление (или импеданс) передаются первичному. Пусть R1 ‘и X1’ — это сопротивление и реактивность, передаваемые на вторичную сторону от первичной, тогда

R1 ‘= K ² R1

X1′ = K ² X1

Следует отметить, что ток холостого хода составляет небольшую часть тока полной нагрузки, а также E1 отличается от V1 на небольшую величину, и, следовательно, ток I2 ‘практически равен I1.

Таким образом, падением напряжения из-за тока холостого хода Io на R1 и X1 можно пренебречь. Следовательно, точная эквивалентная схема дополнительно упрощается за счет смещения параллельной ветви холостого хода влево, состоящей из Ro и Xo, в крайнее левое положение, как показано на рисунке ниже.

Эта схема называется соответствующей схемой замещения трансформатора относительно первичной обмотки. Следовательно, анализ упрощается за счет добавления последовательных сопротивлений и реактивных сопротивлений.

Наверх

Потери в трансформаторе

Трансформатор не имеет движущихся частей и, следовательно, в нем отсутствуют механические потери.Следовательно, потери в трансформаторе считаются потерями электроэнергии. В трансформаторе существуют два типа электрических потерь: потери в сердечнике и потери в меди.

Потери в сердечнике или в железе

Эти потери включают в себя потери на гистерезис и вихревые токи.

Магнитный поток в сердечнике трансформатора переменный; тем самым он подвергается циклу намагничивания и размагничивания. При этом требуется соответствующая мощность для непрерывного реверсирования элементарных магнитов железного сердечника.Это называется эффектом гистерезиса, и из-за этого происходит значительная потеря энергии.

Потери гистерезиса = K _h B _м ^1,67 fv Вт

Где,

K _h = Константа гистерезиса

B _м = Максимальная плотность потока

f = частота

v = объем сердечника

Поскольку сердечник трансформатора состоит из ферромагнитных материалов, которые также являются хорошими проводниками. Следовательно, магнитный поток, связанный с сердечником, вызывает в сердечнике ЭДС.Следовательно, сердечник создает в сердечнике вихревые токи, вследствие чего в сердечнике возникают значительные потери на вихревые токи.

Потери на вихревые токи = K _e B _m ² f ² t ² Вт на единицу объема

Где

K _e = Вихретоковая постоянная

t = толщина сердечник

Из двух приведенных выше уравнений следует заметить, что напряжение питания при фиксированной частоте является постоянным и, следовательно, поток, в свою очередь, плотность потока в сердечнике почти постоянна.Следовательно, и гистерезис, и потери на вихревые токи постоянны при всех нагрузках. Следовательно, потери в сердечнике также называют постоянными потерями.

За счет использования высококачественных материалов сердечника, таких как кремнистая сталь, имеющая очень низкую петлю гистерезиса, гистерезисные потери минимизируются или уменьшаются. С другой стороны, потери на вихревые токи минимизируются за счет использования многослойного сердечника. Эти постоянные потери или потери в сердечнике могут быть измерены путем разомкнутой цепи трансформатора.

Потери в меди

Эти потери возникают в сопротивлениях обмоток трансформатора, когда по нему проходит ток нагрузки.Общие потери в меди в трансформаторе рассчитываются путем сложения потерь в меди в первичной и вторичной обмотках. Они обнаруживаются проведением короткого замыкания на трансформаторе.

Другие потери в трансформаторе включают диэлектрические потери и потери паразитной нагрузки. Паразитные потери являются результатом вихревых токов в баке и проводниках обмотки. Диэлектрические потери возникают в изоляционных материалах, таких как масляная и твердая изоляция трансформатора.

Вернуться к началу

КПД трансформатора

Это отношение полезной выходной мощности к потребляемой мощности трансформатора, работающего при определенной нагрузке и коэффициенте мощности.

КПД = Выход / Вход

= Выход / (Выход + Общие потери) или

= (Вход — Потери) / Вход

= 1- (Потери / Вход)

Обычно КПД трансформатора находится в диапазон от 95 до 98%. Из приведенного выше уравнения эффективности можно отметить, что эффективность зависит от ватт, а не от вольт-амперной характеристики. Следовательно, при любом номинальном значении вольт-ампер КПД трансформатора зависит от коэффициента мощности. КПД максимален при единичном коэффициенте мощности и определяется путем расчета общих потерь при испытаниях OC и SC.

В начало

Применение трансформаторов

• Повышение или понижение уровня напряжения в системах передачи энергии, таких как системы передачи и распределения.
• Для изоляции цепей низкого напряжения от цепей высокого напряжения на подстанциях, цепях управления в промышленности и т. Д.
• Измерительные трансформаторы, такие как трансформаторы тока и напряжения, используются в системах защиты и индикации счетчиков.
• Они также используются для согласования импеданса.

Вернуться к началу

Работа трансформатора | Видеоурок с объяснением

Это видео дает подробную анимационную иллюстрацию работы электрических трансформаторов. Он объясняет основной принцип работы и конструкцию трансформатора, повышающего трансформатора, понижающего трансформатора, обмотки трансформатора и конструкции сердечника.

Вот транскрипция видео выше:

Трансформаторы

могут принимать мощность переменного тока при одном напряжении и выдавать при другом напряжении.Таким образом, они помогают нам повысить эффективность передачи при передаче энергии на большие расстояния. В этом видео мы рассмотрим работу и конструкцию трехфазного трансформатора, начиная с его простейшей формы.

Основной принцип работы трансформатора — «Электромагнитная индукция». Согласно этому принципу, изменяющийся магнитный поток, связанный с петлей, будет индуцировать на ней электродвижущую силу. Такое флуктуирующее магнитное поле может быть легко создано катушкой и системой переменного ЭДС.Проводник с током создает вокруг себя магнитное поле. Магнитное поле, создаваемое катушкой, будет показано на видео. Из-за флуктуирующего характера переменного тока магнитное поле, связанное с катушкой, также будет колебаться. Этот магнитный поток может быть эффективно связан со вторичной обмоткой с помощью сердечника, сделанного из ферромагнитного материала. Это флуктуирующее магнитное поле будет индуцировать ЭДС во вторичных катушках из-за электромагнитной индукции.

Поскольку токи расположены последовательно, суммарная ЭДС, индуцированная через обмотку, будет суммой индивидуальных ЭДС, индуцированных в каждом витке.

E _s = e _s X N _s

N = количество витков

e = ЭДС на оборот

Поскольку один и тот же магнитный поток проходит через первичную и вторичную катушки, ЭДС на оборот для первичной и вторичной катушек будет одинаковой. ЭДС на виток первичной катушки зависит от приложенного входного напряжения, как показано на видео.

e _P = E _P / N _P

e _P = e _S

В результате наведенная ЭДС на вторичной обмотке выражается следующим образом:

E _S = (E _P / N _P ) XN _S

Это означает, что чем меньше витков во вторичной обмотке, чем в первичной, тем ниже напряжение.

В обратном случае можно увеличить напряжение. Но поскольку энергия сохраняется, первичный и вторичный токи должны подчиняться следующему соотношению

E _S I _S = E _P I _P

Трехфазный трансформатор использует три таких однофазных трансформатора, но с немного другой конфигурацией катушек. Здесь первичная и вторичная катушки расположены концентрически. Еще две такие обмотки используются в трехфазном трансформаторе.

В трансформаторах с высокой номинальной мощностью обычно используется особый вид обмотки, известный как обмотка дискового типа, где отдельные обмотки дискового типа соединяются последовательно через внешний и внутренний переходники.

Обмотки низкого напряжения соединены по схеме «треугольник», а обмотки высокого напряжения — по схеме «звезда». Таким образом, линейное напряжение увеличивается до √3 раз на стороне высокого напряжения. Это также означает, что от трехфазного повышающего трансформатора мы можем протянуть четыре выходных провода, три фазных провода питания и нейтраль.

Для вывода электроэнергии требуются вводы с высокой изоляцией.

Сердечник трансформатора изготовлен из тонких изолированных стальных пластин. Такие стальные листы складываются вместе, образуя трехфазные ветви. Назначение тонких пластин — уменьшить потери энергии из-за образования вихревых токов. Обмотки низкого напряжения располагаются рядом с сердечником.

При передаче энергии от первичной обмотки к вторичной происходят различные виды потерь энергии, такие как потери на вихревые токи, гистрисы и потери I2R.Все эти потери энергии рассеиваются в виде тепла. Таким образом, трансформаторы оказываются в охлаждающем масле для рассеивания тепла. Масло рассеивает тепло за счет естественной конвекции. Масло в баке расширяется, поглощая тепло. Консервативный бак помогает приспособиться к этому изменению объема.

Предоставлено:

Learn Engineering

типов трансформаторов — AllumiaX Blog

Существуют различные типы трансформаторов, каждый из которых может применяться по-своему.Однако основная цель их использования одна и та же — преобразование электроэнергии из одного типа в другой.

В этом блоге мы будем стремиться познакомить читателей с основами и принципом работы трансформатора, типами трансформаторов в зависимости от напряжения, среды, использования, конфигурации и места использования, их преимуществами и ограничениями.

Мы только что выпустили нашу серию видеоблогов Power Systems Engineering Vlog , и в этой серии мы поговорим о всевозможных различных исследованиях и комментариях по инженерной энергетике.Мы рассмотрим различные блоги, написанные AllumiaX. Это весело, весело, по сути, это видеоблог, и мы надеемся, что вы, , присоединитесь к нам, , и получите от этого пользу.

Трансформатор

Трансформатор — это электрическое устройство, которое может использоваться для передачи мощности от одной цепи к другой, используя принципы электромагнитной индукции. В трансформаторе есть два типа обмотки: первичная обмотка и вторичная обмотка. Первичная обмотка означает обмотку, к которой подключен источник переменного тока, а вторичная обмотка означает обмотку, к которой подключена нагрузка.Напряжение будет повышаться или понижаться в цепи, но с пропорциональным увеличением или уменьшением номинального тока.

Принцип работы трансформатора

Работа трансформатора зависит от закона электромагнитной индукции Фарадея. По законам Фарадея

«Скорость изменения магнитной связи во времени прямо пропорциональна ЭДС, индуцированной в проводнике или катушке».

Закон Фарадея

Где,

E = наведенная ЭДС

N = количество витков

dϕ = Изменение потока

dt = Изменение во времени

Типы трансформаторов

Трансформатор

можно разделить на категории в зависимости от уровня напряжения, среды, использования, конфигурации и места использования.Теперь подробно остановимся на каждом типе.

1. На основе уровня напряжения

Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения перечислены ниже.

• Повышающий трансформатор
• Понижающий трансформатор
• Разделительный трансформатор

Повышающий трансформатор — это устройство, которое преобразует низкое напряжение на первичной стороне в высокое напряжение на вторичной стороне. Первичная обмотка катушки имеет меньшее количество витков, чем вторичная обмотка.

• Передача электроэнергии на большие расстояния по низкой цене.
• Помогает снизить сопротивление на линии.
• Умение работать непрерывно.
• без задержек начинает работу сразу после установки.
• Высокоэффективный и с очень небольшими потерями.
• Не требует много времени и денег на обслуживание.

• Приложения, предназначенные только для работы с переменным током.
• Использовать круглосуточную систему охлаждения, т.е. сделать систему громоздкой.

Понижающий трансформатор — это устройство, которое преобразует высокое напряжение на первичной стороне в низкое напряжение на вторичной стороне. Вторичная обмотка катушки имеет меньшее количество витков, чем первичная обмотка.

• Простая передача энергии по низкой цене.
• Высокая надежность и эффективность.
• Обеспечивает различные требования к напряжению.

• Требуется серьезное обслуживание, которое может привести к повреждению трансформатора.
• Неустойчивость затрат на сырье.
• Устранение неисправности занимает больше времени.

Изолирующий трансформатор может быть повышающим или понижающим трансформатором, но значения первичного и вторичного напряжения всегда равны, т. Е. Соотношение витков всегда равно 1. Это достигается с одинаковым числом витков на первичной и вторичной обмотках. Изолирующие трансформаторы называют «изолированными».

Vs / Vp = Ns / Np Где Ns = Np

• Обеспечьте безопасность электронных компонентов и людей от поражения электрическим током.
• Подавляет электрический шум.
• Избегает контуров заземления.
• Обеспечьте наличие запаса, даже если устройство сломано.
• Применяются как измерительные трансформаторы
• Обеспечьте любое необходимое напряжение.

• Создает искажение на вторичной обмотке при работе в качестве импульсного трансформатора.
• При подаче импульсного сигнала постоянного тока насыщение сердечника уменьшается.
• Высокая стоимость.

2.На базе Core Medium

Типы трансформаторов в зависимости от типа сердечника перечислены ниже.

• Трансформатор с воздушным сердечником
• Трансформатор с железным сердечником
• Трансформатор с ферритовым сердечником

Трансформаторы с воздушным сердечником предназначены для передачи радиочастотных токов, т. Е. Используются в радиопередатчиках, устройствах связи и т. Д. Как следует из названия, эти трансформаторы не имеют твердого сердечника, что делает их очень легкими и, таким образом, малогабаритные портативные электронные устройства.Трансформаторы с воздушным сердечником создают магнитный поток, используя обмотки и воздух, проходящий через них. Это помогает трансформатору с воздушным сердечником полностью исключить нежелательные характеристики ферромагнитного сердечника (потери на вихревые токи, гистерезис, насыщение и т. Д.).

• Нулевое искажение.
• Нулевое рассеяние качества сигнала.
• Бесшумная работа.
• Отсутствие потерь на гистерезис и вихревые токи.
• Легче по весу.

• Низкая степень связи (взаимная индуктивность)
• Не подходит для использования в распределительных сетях.

В трансформаторе этого типа первичная и вторичная обмотки намотаны на несколько металлических пластин. Эти железные пластины обеспечивают идеальную связь с генерируемым потоком и выполняют аналогичные функции в диапазоне звуковых частот. Трансформаторы с железным сердечником широко используются и высокоэффективны по сравнению с трансформатором с воздушным сердечником.

• Обработка больших нагрузок при низкой частоте.
• Предлагает меньшее сопротивление.
• Высокоэффективный.

• Большие потери на вихревые токи

Трансформатор с ферритовым сердечником — это трансформатор, магнитный сердечник которого изготовлен из феррита.Ферриты — это непроводящие керамические соединения, которые имеют ферромагнитную природу. Высокая магнитная проницаемость этих трансформаторов делает их идеальными для различных высокочастотных трансформаторов, регулируемых катушек индуктивности, широкополосных трансформаторов, синфазных дросселей, импульсных источников питания и радиочастотных приложений.

• Магнитный тракт с низким сопротивлением.
• Сильноточное сопротивление.
• Обеспечивает низкие потери на вихревые токи на многих частотах.
• Высокая магнитная проницаемость, коэрцитивная сила и добротность.
• Низкий коэффициент гистерезиса, чувствительность по постоянному току и искажение сигнала.

• Легко насыщается (его плотность потока насыщения обычно <0,5 Тл).
• Проницаемость меняется в зависимости от температуры.

3. На основе использования

Типы трансформаторов в зависимости от использования перечислены ниже.

• Силовые трансформаторы
• Распределительные трансформаторы

Основным принципом силового трансформатора является преобразование входа низкого напряжения в выход высокого напряжения.Этот трансформатор действует как мост между генератором энергии и первичной распределительной сетью. Он имеет сложную конструкцию из-за высокой выработки электроэнергии и в основном устанавливается на генерирующих станциях и передающих подстанциях. Силовые трансформаторы используются в сетях передачи более высокого напряжения.

• Подходит для высоковольтных систем (более 33 кВ).
• Высокий уровень изоляции.
• Минимизируйте потери мощности.
• Рентабельность.

• Нагружен на передающей станции в течение 24 часов, таким образом, потери в сердечнике и меди будут происходить в течение всего дня.
• Большой размер.

Распределительные трансформаторы

Распределительные трансформаторы — это понижающие трансформаторы, которые используются в распределительных сетях промышленного и бытового назначения. Эти трансформаторы преобразуют высокое сетевое напряжение в напряжение, необходимое конечному потребителю, где электрическая энергия распределяется и используется на стороне потребителя.Эти трансформаторы используются для распределения энергии от электростанции в отдаленные места.

• Маленький размер.
• Простая установка.
• Низкие магнитные потери.
• Не всегда загружен полностью.

• Разработан для КПД 50-70%.
• Низкая магнитная индукция по сравнению с силовым трансформатором.
• Регулярные колебания нагрузки.
• Зависит от времени.

4.На основе электроснабжения

Типы трансформаторов в зависимости от конфигурации перечислены ниже.

• Однофазный трансформатор
• Трехфазный трансформатор

Когда есть только одна катушка на первичной стороне и одна катушка на вторичной стороне, трансформатор называется однофазным трансформатором. Здесь питание осуществляется по единственному проводнику. Этот тип трансформатора принимает однофазный переменный ток и выходной однофазный переменный ток, как правило, с различным уровнем напряжения, который работает в единой временной фазе.Эти типы трансформаторов чаще всего используются в бытовых приборах.

• Простая сеть.
• Рентабельность.
• Самый эффективный источник питания переменного тока мощностью до 1000 Вт.

• Питание только однофазной нагрузки.
• используется для легких нагрузок и малых электродвигателей.
• Минимальная мощность передачи.
• Происходит сбой питания.

Трехфазный трансформатор означает, что мощность течет по трем проводам.Трехфазный трансформатор содержит шесть катушек, три катушки на первичной стороне и три катушки на вторичной стороне. Этот тип трансформатора принимает трехфазный переменный ток и выходной трехфазный переменный ток, как правило, с различным уровнем напряжения, который работает в единой временной фазе. Эти типы трансформаторов в основном используются в качестве силовых или распределительных трансформаторов

• Большие двигатели или тяжелые материалы.
• Передача энергии на большие расстояния через магнитное поле.
• Максимальная мощность передачи.
• Сбой питания не происходит.

• Требуется множество систем охлаждения в зависимости от номинальной мощности трансформатора.
• Комплексная сеть.

5. По месту использования

Типы трансформаторов перечислены ниже в зависимости от места использования.

• Внутренние трансформаторы
• Наружные трансформаторы

Внутренние трансформаторы обычно представляют собой трансформаторы сухого типа.В этих трансформаторах в качестве охлаждающей среды используется воздух, и обычно их соединения первичной и вторичной сторон изолированы. Трансформаторы сухого типа устанавливаются в зданиях и рядом с ними, поскольку они более безопасны для окружающей среды, т. Е. Менее воспламеняемы. Этот тип трансформаторов считается идеальным для торговых центров, больниц, жилых комплексов и других коммерческих помещений.

• Низкие эксплуатационные расходы.
• Более безопасный вариант по сравнению с масляным трансформатором.

• Более высокий операционный убыток.
• Шумовое загрязнение.
• Дорого.

Наружные трансформаторы обычно представляют собой масляные трансформаторы. В этих трансформаторах используется масло в качестве охлаждающей среды, и они предназначены для использования на открытом воздухе из-за возможности утечки масла и разливов, которые создают риск возникновения пожара, и должны быть защищены от воздействия окружающей среды.

• Меньше и эффективнее.
• Снижение эксплуатационных расходов.

• Высокие эксплуатационные расходы.
• Требуется периодический отбор проб масла.

Это все о различных типах трансформаторов. Мы надеемся, что после прочтения этого блога вы почерпнете ценную информацию и идеи. Если у вас все еще есть какие-либо вопросы, вы можете оставить комментарий в разделе комментариев ниже.

ТРАНСФОРМАТОР

: ПРИНЦИП РАБОТЫ, … — Информация о механике изменение частоты.Передача энергии обычно происходит при изменении напряжения и тока. Трансформаторы либо повышают, либо понижают напряжение переменного тока.

Трансформаторы используются для удовлетворения самых разных потребностей. Некоторые трансформаторы могут быть высотой в несколько этажей, например, трансформаторы, которые можно найти на электростанции, или достаточно малы, чтобы их можно было держать в руке, которые можно использовать с зарядной подставкой для видеокамеры. Независимо от формы или размера, назначение трансформаторов остается неизменным: преобразование электроэнергии из одного типа в другой.

Очень простыми словами.

Трансформатор — это устройство, которое:

1. Передает электрическую мощность из одной электрической цепи в другую электрическую цепь.
2. Работает без изменения частоты.
3. Проработка на электрической индукции.
4. Когда в обеих цепях действует взаимная индукция.
5. Не может повышать или понижать уровень постоянного или постоянного тока.
6. Может повышать или понижать уровень переменного напряжения или переменного тока.

ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ТРАНСФОРМАТОРА

Любой трансформатор состоит из следующих трех основных частей.

1. Первичная обмотка.
Первичная катушка — это катушка, к которой подключен источник. Это может быть сторона высокого или низкого напряжения трансформатора. В первичной обмотке создается переменный поток.

2. Вторичная обмотка
Выходной сигнал снимается с вторичной обмотки. Переменный поток, создаваемый в первичной катушке, проходит через сердечник и связывается с их катушкой, и, следовательно, в этой катушке индуцируется ЭДС.

3. Магнитный сердечник
Поток, создаваемый в первичной обмотке, проходит через этот магнитный сердечник.Он состоит из ламинированного сердечника из мягкого железа. Он обеспечивает поддержку катушки, а также обеспечивает путь для потока с низким сопротивлением.

КОМПОНЕНТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Это основные компоненты трансформатора.

1. Сердечник
Сердечник служит опорой для обмотки трансформатора. Он также обеспечивает путь с низким сопротивлением для потока магнитного потока. Он изготовлен из ламинированного сердечника из мягкого железа, чтобы уменьшить потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Состав сердечника трансформатора зависит от таких факторов, как напряжение, ток и частота.Диаметр сердечника трансформатора прямо пропорционален потерям в меди и обратно пропорционален потерям в стали. Если диаметр сердечника уменьшается, вес стали в сердечнике уменьшается, что приводит к меньшим потерям в сердечнике трансформатора и увеличению потерь в меди. Когда диаметр сердечника увеличивается, происходит обратное.

Почему обмотки сделаны из меди?
• Медь обладает высокой проводимостью. Это сводит к минимуму потери, а также количество меди, необходимой для обмотки (объем и вес обмотки).
• Медь обладает высокой пластичностью. Это означает, что можно легко согнуть проводники в тугие обмотки вокруг сердечника трансформатора, тем самым сводя к минимуму необходимое количество меди, а также общий объем обмотки.

2. Обмотка
Два набора обмоток выполнены поверх сердечника трансформатора и изолированы друг от друга. Обмотка состоит из нескольких витков медных проводников, связанных вместе и соединенных последовательно.

Обмотку можно классифицировать двумя способами:
1.На основе входного и выходного источника питания
2. В зависимости от диапазона напряжения

В рамках классификации входного / выходного источника питания обмотки подразделяются на следующие категории:
1. Первичная обмотка — это обмотка, на которую подается входное напряжение.
2. Вторичная обмотка — это обмотка, на которую подается выходное напряжение.

В соответствии с классификацией диапазона напряжений обмотки подразделяются на следующие категории:
1. Обмотка высокого напряжения — изготовлена ​​из медного проводника. Количество сделанных витков должно быть кратно количеству витков в обмотке низкого напряжения.Используемый проводник будет тоньше, чем провод обмотки низкого напряжения.
2. Обмотка низкого напряжения — состоит из меньшего числа витков, чем обмотка высокого напряжения. Он изготовлен из толстых медных проводников. Это связано с тем, что ток в обмотке низкого напряжения выше, чем в обмотке высокого напряжения.

В зависимости от мощности трансформатора обычно проектируются три типа катушек:
• Прямоугольная обмотка
• непрерывная
• Дисковая обмотка

Входное питание трансформаторов может подаваться от обмотки низкого (LV) или высокого (HV) напряжения на основании требования.

3. Изоляционные материалы
Изоляционная бумага и картон используются в трансформаторах для изоляции первичной и вторичной обмоток друг от друга и от сердечника трансформатора.
Трансформаторное масло — еще один изоляционный материал. Трансформаторное масло выполняет две важные функции: помимо изолирующей функции, оно также может охлаждать сердечник и катушку в сборе. Сердечник и обмотка трансформатора должны быть полностью погружены в масло. Обычно в качестве трансформаторного масла используются углеводородные минеральные масла.Загрязнение масла является серьезной проблемой, поскольку загрязнение лишает масло его диэлектрических свойств и делает его бесполезным в качестве изоляционной среды.

4. Трансформаторное масло
Трансформаторное масло или изоляционное масло — это масло, устойчивое при высоких температурах и обладающее отличными электроизоляционными свойствами. Он используется в масляных трансформаторах, некоторых типах высоковольтных конденсаторов, балластах люминесцентных ламп и некоторых типах высоковольтных переключателей и автоматических выключателей. Его функции заключаются в изоляции, подавлении коронного разряда и дуги, а также в качестве охлаждающей жидкости.

5. Резервуар-расширитель
Это небольшой резервуар, который используется в трансформаторах большой мощности. Он подключается над основным баком трансформатора. Имеет цилиндрическую форму. Основной бак и бак расширителя соединены между собой трубой. Реле Бухгольца используется между баком расширителя и основным баком в трансформаторах мощностью более одного МВА. Бак расширителя в трансформаторе выполняет следующие функции:

• Он обеспечивает место для расширения горячего трансформаторного масла. Он также обеспечивает подачу масла в трансформатор после того, как масло остынет.
• Также используется для уменьшения окисления за счет уменьшения площади масла вокруг воздуха.
• Окисленное масло остается в баке расширителя. Зеркальная трубка также соединена с баком расширителя для считывания уровня масла в трансформаторах. Предварительно промаркированный датчик также присутствует в зеркальной трубке. Необходимо, чтобы уровень масла был охлажден до отметки манометра.

6. Сапун
Сапун контролирует уровень влажности в трансформаторе. Влага может возникнуть, когда колебания температуры вызывают расширение и сжатие изоляционного масла, что затем вызывает изменение давления внутри расширителя.Изменения давления уравновешиваются потоком атмосферного воздуха, поступающего в расширитель и выходящего из него, благодаря чему влага может попасть в систему.
Попадание в изоляционное масло влаги может повлиять на бумажную изоляцию или даже вызвать внутренние неисправности. Поэтому необходимо, чтобы воздух, поступающий в резервуар, не содержал влаги.
Сапун трансформатора представляет собой цилиндрический контейнер, заполненный силикагелем. Когда атмосферный воздух проходит через силикагель сапуна, влага воздуха поглощается кристаллами кремнезема.Сапун действует как воздушный фильтр для трансформатора и контролирует уровень влажности внутри трансформатора. Он подсоединяется к концу сапуна.

7. Устройство переключения ответвлений
Выходное напряжение трансформаторов изменяется в зависимости от входного напряжения и нагрузки. В условиях нагрузки напряжение на выходной клемме уменьшается, тогда как в условиях без нагрузки выходное напряжение увеличивается. Чтобы уравновесить колебания напряжения, используются переключатели ответвлений. Устройства РПН могут быть либо переключателями ответвлений под нагрузкой, либо переключателями ответвлений без нагрузки.В устройстве РПН ответвления можно изменять без отключения трансформатора от источника питания. В устройстве РПН это делается после отключения трансформатора. Также доступны автоматические переключатели ответвлений.
Переключатель ответвлений используется для регулирования вторичного напряжения в случае низкого напряжения на первичной стороне трансформатора. Используются переключатели двух типов:
1. Переключатель холостого хода: используется для изменения соотношения напряжений обмотки. Переключатель ответвлений подключен к высоковольтной стороне трансформатора.Как следует из названия, переключатель РПН без нагрузки используется только при выключенном трансформаторе.
2. Переключатель под нагрузкой: Переключатель РПН может использоваться с трансформатором под нагрузкой.

8. Охлаждающие трубки
Охлаждающие трубки используются для охлаждения трансформаторного масла. Трансформаторное масло циркулирует по охлаждающим трубкам. Циркуляция масла может быть естественной или принудительной. При естественной циркуляции, когда температура масла повышается, горячее масло естественным образом поднимается вверх, а холодное опускается вниз.Таким образом, масло естественным образом циркулирует по трубкам. При принудительной циркуляции для циркуляции масла используется внешний насос.

9. Реле Бухгольца
Реле Бухгольца представляет собой контейнер защитного устройства, размещенный над соединительной трубой от основного резервуара к резервуару-расширителю. Он используется для определения неисправностей, возникающих внутри трансформатора. Это простое реле, которое приводится в действие газами, выделяющимися при разложении трансформаторного масла при внутренних неисправностях. Это помогает обнаруживать и защищать трансформатор от внутренних неисправностей.

10. Взрывоотводчик
Взрывоотводчик используется для удаления кипящего масла из трансформатора во время серьезных внутренних повреждений, чтобы избежать взрыва трансформатора. При серьезных неисправностях масло вылетает из вентиляционного отверстия. Уровень взрывного устройства обычно поддерживается выше уровня резервуара зимнего сада.

11. Радиатор:
В трансформаторах мощностью 50 кВА и выше, радиаторы используются с главным баком трансформатора для охлаждения. Это как трубы или трубки. Увеличивает площадь поверхности трансформатора.Радиатор делает охлаждение трансформатора более эффективным. Этот способ охлаждения получил название ОНАН (масло натуральное воздушное натуральное).

12. Вентиляторы охлаждения:
В трансформаторах мощностью 26 МВА и выше вентиляторы охлаждения также используются на радиаторе. Датчик температуры масла подает сигнал на включение или выключение охлаждающих вентиляторов. Когда температура становится выше 75º, датчик температуры масла включает охлаждающие вентиляторы. Этот способ охлаждения получил название ОНАФ (масляное естественное и воздушно-принудительное).

13. Масляные насосы:
В трансформаторах мощностью 26 МВА масляные насосы также используются вместе с охлаждающими вентиляторами и радиатором.масляные насосы, используемые для вращения масла в трансформаторе. Этот метод охлаждения называется OFAF (масляное и воздушное).

14. Масломер:
Масломер используется для измерения масла в трансформаторе. Показывает уровень масла. Масломер обычно циферблатного типа. Указатель на циферблатном индикаторе используется для измерения уровня масла. Он используется с трансформаторами среднего и высокого напряжения.

15. Втулки:
Втулки используются для вывода клемм обмоток из резервуара, а также для изоляции.Например, фарфоровые, маслонаполненные вводы и вводы конденсаторного типа. Рупоры дуги также соединены с вводами для защиты от молнии. В трансформаторе напряжением выше 34 кВ используются полностью герметичные вводы конденсаторного типа. В трансформаторах мощностью менее 25 кВ используются плоские вводы.

16. Термометр:
Термометр также используется в трансформаторах мощностью более 50 кВА. Он используется для измерения температуры масла. В трансформаторах большой мощности внутри обмоток также используется термометр, который измеряет температуру обмоток.При повышении температуры до опасного уровня включается сигнал тревоги.

КАК РАБОТАЮТ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Важно помнить, что трансформаторы не вырабатывают электроэнергию; они передают электроэнергию из одной цепи переменного тока в другую с помощью магнитной связи. Сердечник трансформатора используется для обеспечения контролируемого пути для магнитного потока, генерируемого в трансформаторе током, протекающим через обмотки, которые также известны как катушки.
Основной трансформатор состоит из четырех первичных частей.Части включают входное соединение, выходное соединение, обмотки или катушки и сердечник.

* Входные соединения — Входная сторона трансформатора называется первичной стороной, потому что основная электрическая мощность, которую необходимо изменить, подключается в этой точке.

* Выходные соединения — Выходная сторона или вторичная сторона трансформатора — это то место, где электрическая мощность передается на нагрузку. В зависимости от требований нагрузки поступающая электрическая мощность либо увеличивается, либо уменьшается.

* Обмотка — трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. Первичная обмотка — это катушка, которая потребляет энергию от источника. Вторичная обмотка — это катушка, которая передает энергию преобразованного или измененного напряжения на нагрузку. Обычно эти две катушки делятся на несколько катушек, чтобы уменьшить создание магнитного потока.

* Сердечник — сердечник трансформатора используется для обеспечения контролируемого пути магнитного потока, генерируемого в трансформаторе.Сердечник, как правило, представляет собой не сплошной стальной стержень, а конструкцию из множества тонких ламинированных стальных листов или слоев. Эта конструкция используется для устранения и уменьшения нагрева.

Когда на первичную обмотку подается входное напряжение, в первичной обмотке начинает течь переменный ток. По мере протекания тока в сердечнике трансформатора создается изменяющееся магнитное поле. Когда это магнитное поле пересекает вторичную обмотку, во вторичной обмотке создается переменное напряжение.

Соотношение между количеством фактических витков провода в каждой катушке является ключевым при определении типа трансформатора и того, каким будет выходное напряжение. Соотношение между выходным напряжением и входным напряжением такое же, как отношение количества витков между двумя обмотками.
А выходное напряжение трансформатора больше входного, если во вторичной обмотке больше витков провода, чем в первичной. Выходное напряжение повышается и считается «повышающим трансформатором».Если у вторичной обмотки меньше витков, чем у первичной, выходное напряжение ниже. Это «понижающий трансформатор».

Короче говоря, трансформатор выполняет следующие операции:
1. Передача электроэнергии из одной цепи в другую.
2. Передача электроэнергии без изменения частоты.
3. Передача по принципу электромагнитной индукции.
4. Две электрические цепи связаны взаимной индукцией.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИДЕАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Идеальный трансформатор характеризуется следующими характеристиками:

1.Нет утечки потока, что означает, что потоки, связанные с первичным и вторичным токами, ограничены внутри сердечника.
2. Первичная и вторичная обмотки не имеют сопротивления, что означает, что приложенное напряжение (напряжение источника) v1 такое же, как наведенное первичное напряжение e1; то есть v1 = e1. Аналогично v2 = e2.
3. Магнитопровод имеет бесконечную проницаемость, что означает, что сопротивление сердечника равно нулю. Следовательно, для создания магнитного потока требуется очень небольшое количество тока.
4. Магнитопровод без потерь, что означает, что гистерезис, а также потери на вихревые токи незначительны.

КОНФИГУРАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА

Существуют различные конфигурации как для однофазных, так и для трехфазных систем.
• Однофазное питание — Однофазные трансформаторы часто используются для питания освещения жилых помещений, розеток, систем кондиционирования и отопления. Однофазные трансформаторы можно сделать еще более универсальными, если первичную и вторичную обмотки сделать из двух равных частей.Затем две части любой обмотки можно повторно соединить последовательно или параллельно.

• Трехфазное питание — Питание может подаваться через трехфазную цепь, содержащую трансформаторы, в которых используется набор из трех однофазных трансформаторов, или через трехфазный трансформатор. Когда на преобразование трехфазной мощности требуется значительная мощность, более экономично использовать трехфазный трансформатор. Уникальное расположение обмоток и сердечника позволяет сэкономить много железа.

• Определение треугольника и звезды — существует две конфигурации подключения для трехфазного питания: треугольник и звезда. Дельта и звезда — это греческие буквы, обозначающие конфигурацию проводов трансформаторов. При соединении треугольником три проводника соединяются встык в форме треугольника или треугольника. Для звездочки все проводники исходят из центра, что означает, что они соединены в одной общей точке.

• Трехфазные трансформаторы — Трехфазные трансформаторы имеют шесть обмоток; три основных и три средних.Шесть обмоток соединены производителем как треугольник, так и звезда. Как указывалось ранее, каждая из первичных и вторичных обмоток может быть соединена треугольником или звездой. Их не обязательно подключать в одной конфигурации к одному трансформатору. Фактические используемые конфигурации подключения зависят от приложения.

ВИДЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы можно классифицировать по разным признакам, например, по типу конструкции, типу охлаждения и т. Д.

(A) НА ОСНОВЕ КОНСТРУКЦИИ

1. Трансформатор с сердечником
Он имеет одну магнитную цепь. Сердцевина прямоугольная, имеющая два отростка. Обмотка охватывает сердечник. Используются катушки цилиндрического типа. Как упоминалось ранее, катушки намотаны спиральными слоями, причем разные слои изолированы друг от друга бумагой или слюдой. Обе катушки размещены на обеих конечностях. Катушка низкого напряжения расположена внутри рядом с сердечником, а катушка высокого напряжения окружает катушку низкого напряжения.Сердечник состоит из большого количества тонких пластин. Поскольку обмотки равномерно распределены по двум ветвям, естественное охлаждение более эффективно. Катушки можно легко снять, сняв ламинат верхнего ярма для обслуживания.

2. Трансформатор корпусного типа
Имеет двойную магнитную цепь. Сердечник имеет три конечности. Обе обмотки размещены на центральном плече. Сердечник охватывает большую часть обмоток. Используемые змеевики обычно представляют собой многослойные дисковые или многослойные змеевики.Как упоминалось ранее, каждая катушка высокого напряжения находится в
между двумя катушками низкого напряжения, а катушки низкого напряжения находятся ближе всего к верхней и нижней части ярм. Сердечник ламинированный. При укладке пластин сердечника следите за тем, чтобы все стыки на чередующихся слоях были расположены в шахматном порядке, чтобы избежать узкого воздушного зазора в стыке прямо через поперечное сечение сердечника. Такие швы называются швами внахлест или черепицей. Обычно для трансформаторов очень высокого напряжения предпочтительна корпусная конструкция.Поскольку обмотки окружены сердечником, естественного охлаждения не существует. Для снятия любой обмотки для обслуживания необходимо удалить большое количество накладок.

(3) Трансформатор ягодного типа
Сердечник похож на спицы колеса. Для размещения этого типа трансформатора используются плотно подогнанные резервуары из листового металла с заполненным внутри трансформаторным маслом.

(B) НА ОСНОВЕ НАЗНАЧЕНИЯ

1. Повышающий трансформатор: напряжение увеличивается (с последующим уменьшением тока) на вторичной обмотке.
2. Понижающий трансформатор: Напряжение уменьшается (с последующим увеличением тока) на вторичной обмотке.

(C) НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

1. Силовой трансформатор: Используется в сети передачи, высокий рейтинг
2. Распределительный трансформатор: Используется в распределительной сети, сравнительно более низкий рейтинг, чем у силовых трансформаторов.
3. Измерительный трансформатор: Используется для реле и защиты в различных приборах в промышленности.
* Трансформатор тока (CT)
* Трансформатор потенциала (PT)

(D) НА ОСНОВЕ ОХЛАЖДЕНИЯ

1.Самоохлаждающийся тип
с масляным заполнением и самоохлаждающимся типом с масляным заполнением используются распределительные трансформаторы малых и средних размеров. Собранные обмотки и сердечник таких трансформаторов устанавливаются в сварные маслонепроницаемые стальные резервуары, снабженные стальной крышкой. Резервуар заполняется очищенным высококачественным изоляционным маслом, как только сердечник возвращается на свое место. Масло помогает передавать тепло от сердечника и обмоток к корпусу, откуда оно излучается в окружающую среду.
Для трансформаторов меньшего размера резервуары обычно имеют гладкую поверхность, но для трансформаторов больших размеров требуется большая площадь теплового излучения, и это тоже без нарушения кубической емкости резервуара.Это достигается частым рифлением корпусов. Еще более крупные размеры снабжены радиацией или трубами.

2. Тип
с водяным охлаждением, заполненным маслом. Этот тип используется для гораздо более экономичного строительства больших трансформаторов, поскольку описанный выше метод с самоохлаждением очень дорог. Здесь используется тот же метод — обмотки и сердечник погружаются в масло. Единственное отличие состоит в том, что рядом с поверхностью масла установлен охлаждающий змеевик, через который холодная вода продолжает циркулировать.Эта вода уносит тепло от устройства. Эта конструкция обычно реализуется на трансформаторах, которые используются в высоковольтных линиях электропередачи. Самым большим преимуществом такой конструкции является то, что для таких трансформаторов не требуется другого корпуса, кроме собственного. Это значительно снижает затраты. Еще одним преимуществом является то, что техническое обслуживание и осмотр этого типа требуется только один или два раза в год.

3. Тип воздушного потока
Этот тип используется для трансформаторов, которые используют напряжение ниже 25 000 вольт.Трансформатор помещен в коробку из тонкого листового металла, открытую с обоих концов, через которую воздух продувается снизу вверх.

(E) НА ОСНОВЕ ОБМОТКИ

1. Двухобмоточный трансформатор
Двухобмоточный трансформатор — это трансформатор, в котором две обмотки связаны общим изменяющимся во времени магнитным потоком. Одна из этих обмоток, известная как первичная, получает питание при заданном напряжении от источника; другая обмотка, известная как вторичная обмотка, подает мощность, обычно при значении напряжения, отличном от напряжения источника, на нагрузку.Роли первичной и вторичной обмоток можно поменять местами. Однако в трансформаторах с железным сердечником данная обмотка должна работать при напряжении, не превышающем ее номинальное значение при номинальной частоте, иначе возбуждающий ток станет чрезмерным.

2. Автотрансформатор
Автотрансформатор — это особый тип силового трансформатора. Он состоит из одной непрерывной обмотки, имеющей ответвления с одной стороны, чтобы обеспечить либо повышающую, либо понижающую функцию. Это отличается от обычного двухобмоточного трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки полностью изолированы друг от друга, но магнитно связаны общим сердечником.Обмотки автотрансформатора электрически и магнитно связаны между собой.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА

Наиболее важные области применения и применения трансформатора:
• Он может повышать или понижать уровень напряжения или тока (когда напряжение увеличивается, ток уменьшается, и наоборот, потому что P = V x I , и мощность такая же) в цепи переменного тока.
• Может увеличивать или уменьшать значение конденсатора, катушки индуктивности или сопротивления в цепи переменного тока. Таким образом, он может действовать как устройство передачи импеданса.
• Его можно использовать для предотвращения передачи постоянного тока из одной цепи в другую.
• Трансформатор, используемый для согласования импеданса.
• Трансформатор, используемый для электрической развязки двух цепей.
• Трансформатор, используемый в вольтметре, амперметре, защитном реле и т. Д.
• Трансформатор, используемый в выпрямителе.
• Он используется в регуляторах напряжения, стабилизаторах напряжения, источниках питания и т. Д.

Трансформатор является основной причиной для передачи и распределения мощности переменного тока вместо постоянного, потому что трансформатор не работает на постоянном токе, поэтому слишком сложно передавать мощность на постоянном токе. .при переходе и распределении постоянного тока уровень напряжения повышается с помощью понижающего и повышающего преобразователя, но это слишком дорого и нецелесообразно с экономической точки зрения. Основное применение трансформатора — повышение (увеличение) или понижение (уменьшение) уровня напряжения. Другими словами, увеличить или снизить уровень тока, в то время как мощность должна быть такой же.

Другое применение и применение трансформатора:

Повышает уровень напряжения на стороне генерации перед передачей и распределением.
на стороне распределения, для коммерческого или бытового использования электроэнергии, трансформатор понижает (понижает) уровень напряжения, например, с 11 кВ до 220 В однофазный и 440 В трехфазный.
Трансформатор тока и трансформатор напряжения также используются в энергосистемах и в промышленности. Также он используется для согласования импеданса. Итак, это были простые способы использования трансформатора.

Понижающий трансформатор

— Принцип работы, уравнения, типы, преимущества и недостатки

Понижающий трансформатор

снижает напряжение и, следовательно, используется почти во всех бытовых электроприборах. Наша сегодняшняя электроника сильно зависит от этого. В этом посте мы постараемся разобраться, что это такое, принцип его работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки.

Что такое понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор — это устройство, которое преобразует высокое первичное напряжение в низкое вторичное напряжение. В понижающем трансформаторе первичная обмотка катушки имеет больше витков, чем вторичная обмотка. На рисунке 1 ниже показано изображение обмотки типичного понижающего трансформатора.

Рис.1: Изображение обмоток понижающего трансформатора

Принцип работы понижающего трансформатора

Трансформатор

работает по принципу «закона электромагнитной индукции Фарадея».Взаимная индукция между обмотками отвечает за передачу сигнала в трансформаторе.

Закон Фарадея гласит, что «когда магнитный поток, связывающий цепь, изменяется, в цепи индуцируется электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения магнитной связи».

ЭДС (электродвижущая сила), индуцированная между двумя обмотками, определяется количеством витков в первичной и вторичной обмотках соответственно. Это отношение называется коэффициентом поворота .

Возможность снижения напряжения понижающих трансформаторов зависит от соотношения витков первичной и вторичной обмоток. Поскольку количество обмоток во вторичной обмотке меньше по сравнению с количеством обмоток в первичной обмотке, количество магнитной связи со вторичной обмоткой трансформатора также будет меньше по сравнению с первичной обмоткой.

Соответственно, наведенная ЭДС во вторичной обмотке будет меньше. За счет этого на вторичной обмотке снижается напряжение по сравнению с первичной обмоткой

.

Уравнение понижающего трансформатора

Формула, используемая для разработки понижающего трансформатора:

Где,

• Ns = количество витков вторичной обмотки
• Np = количество витков первичной обмотки
• Vs = Напряжение на вторичной обмотке
• Vp = напряжение в первичной обмотке

Число витков вторичной обмотки всегда должно быть меньше числа витков первичной обмотки трансформатора i.e Np > Ns для работы трансформатора в качестве «понижающего трансформатора».

Поскольку количество витков во вторичной обмотке будет меньше, общая наведенная ЭДС будет и, следовательно, выходное напряжение во вторичной обмотке также будет меньше, чем входное напряжение первичной обмотки.

Давайте разберемся, рассмотрев ситуацию с понижающим трансформатором, в котором количество витков вторичной обмотки [Ns] равно 250, число витков первичной обмотки [Np] составляет 5000, а входное напряжение [Vp] составляет 240. Тогда напряжение на вторичной обмотке [Vs] может рассчитывается по формуле:

Купим переставив уравнение получаем:

Следовательно, напряжение на вторичной обмотке трансформатора составляет 12 В, что меньше, чем на первичной обмотке.Таким образом, трансформатор называется понижающим трансформатором.

Типы понижающего трансформатора

Понижающие трансформаторы

можно разделить на три категории на основе ответвлений во вторичной обмотке. Их:

• Однофазный понижающий трансформатор
• Понижающий трансформатор с центральным отводом
• Многоканальный понижающий трансформатор

Однофазный понижающий трансформатор

Используется для понижения номинального тока и входного напряжения, обеспечивает низкое выходное напряжение и ток.

Ex: 12 В переменного тока.

Рис. 2 — Символ и физический вид однофазного понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор с центральным отводом

Этот тип понижающих трансформаторов будет иметь одну первичную обмотку и центральный разделитель вторичной обмотки, с помощью которого он выдает выходное напряжение с центральным пинтом.

Пример: 12v-0-12v.

Рис. 3 — Символ и физический вид понижающего трансформатора с центральным отводом

Многоканальный понижающий трансформатор

Этот тип понижающих трансформаторов имеет несколько ответвлений во вторичной обмотке.Множественные отводы используются для получения желаемого переменного выхода с вторичными обмотками.

Пример: 0-12 В, 0-18 В.

Рис. 4 — Символ и физический вид многозадачного понижающего трансформатора

Применения понижающего трансформатора

Различные области применения понижающих трансформаторов:

• В основные адаптеры и зарядные устройства для сотовых телефонов, стереосистем и проигрывателей компакт-дисков
• Для понижения уровня напряжения в линии передачи
• В сварочных аппаратах за счет снижения напряжения и увеличения тока.
• В телевизорах, стабилизаторах напряжения, инверторах и т. Д.

Преимущества понижающего трансформатора

Преимущества понижающих трансформаторов:

• Используется для понижения напряжения, что упрощает и удешевляет передачу электроэнергии
• КПД более 99%
• Обеспечивает различные требования к напряжению
• Низкая стоимость
• Высокая надежность
• Высокая прочность

Недостатки понижающего трансформатора

Недостатки понижающих трансформаторов следующие:

• Требуется частое техническое обслуживание, отказ которого может привести к повреждению трансформатора.
• Неустойчивость затрат на сырье
• Устранение неисправности требует больше времени

Роль понижающего трансформатора в передаче напряжения

Фиг.5 — Цепь распределения напряжения с использованием трансформатора

На электростанциях электричество переменного тока генерируется при почти низком пиковом напряжении около 440 В. Обычный конечный пользователь использует напряжение от 220 В до 240 В для дома и бизнеса. Сгенерированное выходное напряжение электростанции передается на повышающий трансформатор, который увеличивает его пиковое напряжение с нескольких сотен вольт до нескольких киловольт.

Выход повышающего трансформатора подается на линию передачи высокого напряжения, которая транспортирует мощность / электричество на большие расстояния.Это сделано для уменьшения падения напряжения. Как только эта мощность достигает точки потребления / конечной подстанции, с помощью понижающего трансформатора она снижается до желаемого значения, то есть 220-240 В.

  Также читают:
  Однопереходный транзистор (UJT) - конструкция, работа, кривая характеристик и применение
Технология сотовой связи для телефонов 5G - рабочая архитектура, характеристики, преимущества и недостатки 

Megha — это MTech в области проектирования СБИС и встроенных систем.Она имеет опыт проектирования ПЛИС и в прошлом доцент инженерного колледжа KSIT, Бангалор.