Transformatory zanurzone w oleju, jako kluczowe urządzenia w systemach dystrybucji energii w przedsiębiorstwach przemysłowych i górniczych oraz budynkach cywilnych, podejmują ważne zadanie polegające na obniżaniu napięcia sieci wysokiego napięcia 10(6) kV lub 35 kV-do napięcia magistrali 230/400 V, aby zaspokoić potrzeby energetyczne użytkowników. Ten typ transformatora nadaje się do zasilaczy prądu przemiennego 50(60) Hz, o maksymalnej mocy znamionowej trzech-faz 2500 kVA i maksymalnej mocy znamionowej jednej-fazy 833 kVA (ale transformatory jednofazowe na ogół nie są zalecane). Można go używać wewnątrz pomieszczeń lub instalować na zewnątrz. W przypadku transformatorów o mocy 315 kVA i mniejszej można go nawet zamontować bezpośrednio na słupie. Ponadto ma pewne wymagania dotyczące warunków środowiskowych, w tym zakresu temperatur otoczenia, maksymalnej średniej dziennej temperatury, maksymalnej średniej rocznej temperatury, wilgotności względnej i wysokości. Jeśli rzeczywiste warunki użytkowania nie są zgodne z tymi przepisami, należy dokonać odpowiednich korekt kwot zgodnie z normą GB6450-86.
1. Transformatory zanurzone w oleju z rozróżnieniem faz-można podzielić na transformatory trój-fazowe i transformatory jedno-fazowe. W trójfazowych systemach zasilania-konwencjonalnym wyborem są transformatory trójfazowe. Jeśli jednak pojemność jest zbyt duża lub warunki transportu są ograniczone, można zastosować trzy transformatory jednofazowe-, aby utworzyć zespół transformatorów odpowiadający zapotrzebowaniu.
2. Klasyfikacja uzwojeń
Transformatory można podzielić na transformatory dwu-uzwojeniowe i trzy-transformatory uzwojeniowe na podstawie liczby uzwojeń. Powszechnym typem transformatorów-uzwojeniowych są dwa uzwojenia na rdzeniu: jedno jako uzwojenie pierwotne, a drugie jako uzwojenie wtórne. W przypadku większych mocy (ponad 5600 kVA) zazwyczaj nadają się transformatory z trzema uzwojeniami (ponad 5600 kVA), które można podłączyć do trzech linii przesyłowych o różnym napięciu. Ponadto w niektórych zastosowaniach specjalnych stosowane są nawet transformatory Satons z większą liczbą uzwojeń.
3. Klasyfikacja strukturalna
Transformatory można podzielić na transformatory typu rdzeniowego{{0} i transformatory płaszczowe-na podstawie ich właściwości strukturalnych. W transformatorach typu-rdzeniowego uzwojenia są zwykle owinięte wokół zewnętrznej strony rdzenia, natomiast w transformatorach typu-powłokowego rdzeń jest umieszczony wokół uzwojeń. Te dwa typy transformatorów mają niewielkie różnice strukturalne, ale ich zasady działania nie różnią się zasadniczo. W praktyce zdecydowana większość transformatorów powszechnie stosowanych w systemach elektroenergetycznych to transformatory-z rdzeniem.
Ponadto transformatory zawierają również inne kluczowe elementy, takie jak rdzeń, uzwojenia, zbiornik oleju, konserwator oleju, tuleje izolacyjne, przełączniki zaczepów i przekaźniki gazowe, które razem stanowią kompletną konstrukcję transformatora.
4. Rdzeń Jako rdzeń obwodu magnetycznego transformatora, rdzeń odgrywa kluczową rolę. Podczas pracy transformatora rdzeń wytwarza ciepło na skutek histerezy i strat prądów wirowych. Aby skutecznie zmniejszyć tę utratę ciepła i zminimalizować rozmiar i wagę transformatora, do budowy rdzenia zwykle stosuje się-walcowane na zimno blachy ze stali krzemowej-o zorientowanym ziarnie, o wysokiej przepuszczalności i grubości mniejszej niż 0,35 mm. Ponadto na podstawie rozmieszczenia uzwojeń w rdzeniu transformatory można podzielić na dwa typy: typ rdzenia i typ powłoki.
W-transformatorach o dużej mocy, aby zapewnić skuteczne odprowadzanie ciepła generowanego przez straty w rdzeniu przez olej izolacyjny podczas cyrkulacji, co zapewnia dobre chłodzenie, rdzeń jest zwykle projektowany z dedykowanymi kanałami oleju chłodzącego.
5.Uzwojenia Uzwojenia są kluczowym elementem transformatora, odpowiedzialnym za przekształcanie energii elektrycznej w energię magnetyczną, a następnie z powrotem w energię elektryczną. W transformatorach uzwojenia są zwykle zbudowane z izolowanego drutu miedzianego lub aluminiowego, aby zmniejszyć straty przewodzące. Jednocześnie materiały izolacyjne służą do owijania i izolowania uzwojeń, aby zapewnić wydajność izolacji i odprowadzanie ciepła. Na podstawie rozmieszczenia uzwojeń w rdzeniu transformatory można podzielić na dwa typy: typ rdzenia i typ powłoki-.
Uzwojenia i rdzeń razem stanowią podstawowe elementy transformatora. Podczas pracy transformatora uzwojenia wytwarzają ciepło w wyniku rezystancji własnej lub rezystancji styków na złączach; zjawisko to można wyjaśnić prawem Joule'a.
Uzwojenia są krytycznymi elementami transformatora, a ich prawidłowe działanie ma zasadnicze znaczenie dla wydajności transformatora. Jednakże uzwojenia mogą napotykać różne problemy podczas pracy. Po pierwsze, ciepło wytwarzane jest w wyniku rezystancji własnej uzwojeń lub rezystancji styków na złączach, co jest zjawiskiem fizycznym ujawnionym przez prawo Joule'a. Dlatego uzwojenia muszą unikać przewodzenia prądów przekraczających ich prąd znamionowy przez dłuższy czas, aby zapobiec przegrzaniu. Ponadto, gdy przepływa-prąd zwarciowy, generuje on znaczną siłę elektromagnetyczną na uzwojeniach, co może spowodować poważne uszkodzenie transformatora.
Istnieją różne typy uzwojeń transformatorów, z których najbardziej podstawowe to uzwojenia koncentryczne i przeplatane. Do głównych usterek, jakie mogą wystąpić w tych uzwojeniach, należą-zwarcia międzyzwojowe i zwarcia w obudowie. Zwarcia między-zwojami mogą być spowodowane starzeniem się izolacji, przeciążeniem lub uszkodzeniami mechanicznymi podczas-zwarć w obwodzie przelotowym. Zwarcia międzyzwojowe mogą również wystąpić, gdy poziom oleju w transformatorze spadnie, powodując odsłonięcie części uzwojeń ponad powierzchnię oleju. Jednocześnie przetężenie podczas-zwarcia obwodu przelotowego może odkształcić uzwojenia, jeszcze bardziej uszkadzając izolację i powodując w ten sposób zwarcie międzyzwojowe.
Kiedy wystąpi-zwarcie międzyzwojowe, prąd w-zwartym uzwojeniu może przekroczyć wartość znamionową, ale prąd całego uzwojenia może nadal mieścić się w dopuszczalnym zakresie. W takim przypadku może zadziałać urządzenie zabezpieczające przed gazem, a w ciężkich przypadkach może również zainterweniować urządzenie zabezpieczające mechanizm różnicowy. Zwarcia w obudowie mogą być również spowodowane starzeniem się izolacji, wilgocią oleju, spadkiem poziomu oleju lub wyładowaniami atmosferycznymi i przepięciami roboczymi. Co więcej, przetężenie podczas-zwarcia obwodu przelotowego może również spowodować odkształcenie uzwojenia, co prowadzi do zwarcia w obudowie. Ten typ zwarcia zwykle powoduje zadziałanie urządzenia zabezpieczającego przed gazem i urządzenia zabezpieczającego przed uziemieniem.
6. Zbiornik oleju Podstawowe elementy transformatora zanurzonego w oleju-zanurzonego w oleju-uzwojenia i rdzeń-są umieszczone w zbiorniku oleju wypełnionym olejem transformatorowym. Ten typ zbiornika oleju jest zwykle spawany z blach stalowych i ma na celu zapewnienie solidnej ochrony mechanicznej i doskonałego chłodzenia. W przypadku średnich i małych transformatorów kadź składa się zwykle z dwóch części: płaszcza zbiornika i pokrywy zbiornika. Korpus transformatora umieszczony jest wewnątrz płaszcza, natomiast otwierana pokrywa zbiornika ułatwia kontrolę i konserwację korpusu.
Ponadto transformatory można podzielić na dwie główne kategorie w oparciu o metody izolacji i chłodzenia: transformatory-zanurzane w oleju i-suche. W transformatorach-zanurzanych w oleju rdzeń i uzwojenia są zanurzane razem w oleju transformatorowym, co poprawia skuteczność izolacji i optymalizuje warunki chłodzenia. Niemniej jednak transformatory-suche są również stosowane w niektórych specyficznych zastosowaniach, takich jak oświetlenie uliczne i oświetlenie kopalń.
1. Niezamknięte transformatory zanurzone w oleju-, takie jak serie S8, S9 i S10, są powszechnie stosowane w przedsiębiorstwach przemysłowych i górniczych, rolnictwie i budownictwie cywilnym.
2. Zamknięte transformatory zanurzone w oleju-, w tym modele takie jak S9, S9-M i S10-M, szczególnie nadają się do złożonych środowisk o dużej zawartości ropy i substancji chemicznych, np. w przemyśle naftowym i chemicznym.
3. Uszczelnione transformatory-zanurzane w oleju, takie jak serie BS9, S9-, S10-, S11-MR, SH i SH12-M, są szeroko stosowane do dystrybucji energii w różnych lokalizacjach, w tym w przedsiębiorstwach przemysłowych i górniczych, rolnictwie i budynkach cywilnych.
Ponadto istnieją transformatory przeznaczone do określonych celów, takie jak transformatory-wysokonapięciowego do testowania, transformatory do pieców elektrycznych, transformatory do spawania i transformatory stosowane w obwodach tyrystorowych. Niezbędne są również przekładniki napięciowe i przekładniki prądowe do przyrządów pomiarowych.
A. Uzwojenie niskiego napięcia-transformatora zanurzonego w oleju-o ile w modelu o małej-pojemności nie zastosowano przewodnika miedzianego, zazwyczaj ma konstrukcję cylindryczną z uzwojeniem z folii miedzianej. Uzwojenie wysokiego-napięcia wykorzystuje wielowarstwową-strukturę cylindryczną. Taka konstrukcja pomaga utrzymać zrównoważony rozkład ampero-zwojów, zmniejsza strumień upływu oraz zwiększa wytrzymałość mechaniczną i odporność na-zwarcia.
B. Aby zapewnić stabilność, zarówno rdzeń, jak i uzwojenia są zabezpieczone-samoblokującymi nakrętkami, które wytrzymują uderzenia podczas transportu. Co więcej, bezrdzeniowa konstrukcja pozwala transformatorowi wytrzymać większe wstrząsy transportowe.
C. Podczas produkcji zarówno cewki, jak i rdzeń poddawane są suszeniu próżniowemu oraz stosuje się procesy próżniowej filtracji oleju i wtryskiwania, aby zapewnić zminimalizowanie poziomu wilgoci wewnętrznej.
D. Zbiornik oleju charakteryzuje się pomysłową konstrukcją z blach falistych, które mają funkcję oddychania, aby kompensować zmiany objętości oleju spowodowane zmianami temperatury, eliminując w ten sposób potrzebę stosowania konserwatora oleju i zmniejszając wysokość transformatora.
mi. Dzięki zastosowaniu blach falistych olej transformatorowy jest izolowany od powietrza zewnętrznego, skutecznie zapobiegając przedostawaniu się tlenu i wilgoci, zachowując w ten sposób doskonałe właściwości izolacyjne.
F. Podsumowując, te cechy konstrukcyjne łącznie zapewniają, że transformatory zanurzone w oleju-nie wymagają wymiany oleju w normalnych warunkach obciążenia, co znacznie zmniejsza koszty konserwacji i znacznie wydłuża ich żywotność.
W sytuacjach, w których występuje duża liczba obciążeń pierwotnych lub wtórnych, zaleca się skonfigurowanie dwóch lub więcej transformatorów. W ten sposób, nawet w przypadku odłączenia jednego transformatora, moc pozostałych transformatorów może pokryć zapotrzebowanie na moc odbiorników pierwotnych i wtórnych. Jednocześnie obciążenia pierwotne i wtórne powinny być maksymalnie skoncentrowane, aby uniknąć nadmiernego rozproszenia.
W przypadku dużej obciążalności sezonowej zalecane są dedykowane transformatory. Przykłady obejmują obciążenia chłodnicze klimatyzacji i obciążenia ogrzewania elektrycznego w dużych budynkach cywilnych. W zastosowaniach o dużym obciążeniu skupionym zalecane są dedykowane transformatory. Obejmuje to duże urządzenia grzewcze, duże-aparaty rentgenowskie i elektryczne piece łukowe.
Jeśli obciążenie oświetleniem jest duże lub jeśli współdzielenie transformatora zasilającego i oświetleniowego znacząco wpływa na jakość oświetlenia i żywotność żarówki, można zainstalować dedykowany transformator oświetleniowy. Zazwyczaj zasilanie i oświetlenie korzystają z jednego transformatora.
7. Środowisko operacyjne:
W normalnych warunkach środowiskowych realnymi opcjami są zarówno transformatory-zanurzone w oleju, jak i transformatory suche-. Transformatory te nadają się do przedsiębiorstw przemysłowych i górniczych, niezależnych lub dołączonych podstacji w rolnictwie oraz niezależnych podstacji na obszarach mieszkalnych. Dostępne modele transformatorów to S8, S9, S10, SC(B)9 i SC(B)10. Ponadto należy wziąć pod uwagę wpływ temperatury na dobór transformatora.
① Te transformatory mogą utrzymać-długoterminową stabilną pracę w temperaturze 220 stopni.
② Z łatwością wytrzymują krótkotrwałe-wysokie-szoki temperaturowe dochodzące do 350 stopni.
③ Transformatory te zachowują doskonałą wydajność niezależnie od dużych wahań temperatury i wahań wilgotności.
④ W temperaturze 250 stopni nie topią się, nie płyną ani nie wspomagają spalania.
⑤ Co jeszcze bardziej niezwykłe, transformatory te nie wydzielają toksycznych ani żrących gazów nawet w ekstremalnych temperaturach do 750 stopni.
Co więcej, transformatory te mają doskonałą nośność, zdolną sprostać wymaganiom mocy w różnych złożonych warunkach pracy.
Przy określaniu mocy transformatorów rozdzielczych należy kompleksowo uwzględnić wydajność różnych urządzeń elektrycznych i obliczyć obciążenie (zwykle z wyłączeniem obciążenia przeciwpożarowego). Skompensowana pojemność pozorna jest główną podstawą wyboru mocy i liczby transformatorów. Zwykle współczynnik obciążenia transformatora utrzymuje się na poziomie około 85%. Metoda ta jest stosunkowo prosta i odpowiednia do szacowania wydajności.
Zgodnie z zaleceniami GB/T17468-1998 „Wytyczne dotyczące wyboru transformatorów mocy”, dobór mocy transformatorów rozdzielczych należy połączyć z GB/T15164-94 „Wytycznymi dotyczącymi obciążenia dla transformatorów mocy zanurzonych w oleju” lub GB/T17211-1998 „Wytycznymi dotyczącymi obciążenia dla transformatorów mocy typu suchego” i określić na podstawie obliczonego obciążenia. Dwie wspomniane powyżej wytyczne zawierają programy komputerowe i diagramy obciążenia w cyklu normalnym, umożliwiające dokładniejsze określenie wydajności transformatorów dystrybucyjnych.
Olej transformatorowy jest preferowany ze względu na doskonałą izolację i przewodność cieplną, a jego cena jest stosunkowo przystępna.
Olej transformatorowy skutecznie rozwiązuje problemy odprowadzania ciepła i izolacji-wysokiego napięcia w transformatorach-o dużej pojemności.
Ma jednak również pewne wady:
Olej transformatorowy jest łatwopalny; kontakt z płomieniem może potencjalnie spowodować zapalenie lub nawet eksplozję, co wymaga ostrożnego obchodzenia się.
Olej ten stwarza potencjalne zagrożenie dla zdrowia i wymaga stosowania odpowiednich środków ochronnych podczas pracy.
Olej transformatorowy wymaga regularnych, profesjonalnych przeglądów, aby zapewnić jego stabilne i bezpieczne działanie.
Transformatory-zanurzane w oleju charakteryzują się słabą szczelnością i podatnością na starzenie, co może prowadzić do poważnych wycieków oleju w miejscu pracy. Ma to nie tylko wpływ na normalne działanie urządzenia, ale może również mieć niekorzystny wpływ na otaczające środowisko.
Transformatory-zanurzane w oleju mają stosunkowo niskie klasy izolacji, zazwyczaj projektowane i produkowane zgodnie ze standardami izolacji klasy A. Dlatego podczas selekcji i użytkowania należy zwrócić szczególną uwagę na ocenę ich trwałości.
Stopień polimeryzacji (DP) materiałów izolacyjnych transformatorów jest kluczowym wskaźnikiem pomiaru stopnia starzenia się izolacji, a jego dokładność i niezawodność są powszechnie uznawane. Do określenia stopnia starzenia transformatorów standardowo stosujemy średni stopień polimeryzacji (DP) tektury izolacyjnej. Oto nasze kryteria: Średni DP mniejszy niż 450 wskazuje na stopień żywotności; średni DP mniejszy niż 250 wskazuje na klasę niebezpieczną.
1) Normy wytrzymałości na rozciąganie dla żywotności i stopni zagrożenia
W klasie trwałości papier izolacyjny zachowuje 60% początkowej maksymalnej wytrzymałości na rozciąganie w-warunkach zwarcia zewnętrznego. Po osiągnięciu stopnia niebezpiecznego wytrzymałość resztkowa spada do 15%.
2) Normy prawdopodobieństwa uszkodzenia DP dla japońskich włókien papierowych izolacyjnych
Gdy wartość DP jest większa lub równa 450, prawdopodobieństwo uszkodzenia izolacyjnego włókna papierowego wynosi 0; gdy wartość DP wynosi od 450 do 250, prawdopodobieństwo awarii jest odwrotnie proporcjonalne do wartości DP, w szczególności (450 - DP) / 200; a gdy wartość DP jest mniejsza niż 250, prawdopodobieństwo awarii wynosi 1.
3) Wzór na oszacowanie pozostałej żywotności transformatora przy użyciu średniego DP
Pozostały czas życia transformatora możemy oszacować na podstawie jego początkowej średniej wartości DP (n0), średniego DP po L latach (nL) i liczby lat L. Specyficzny wzór to: Pozostały czas życia (nL/n0)=(1 - r)L, gdzie r jest tempem spadku średniego DP.
Podczas pracy transformatora mocy-zanurzonego w oleju ciepło wytwarzane przez uzwojenia i rdzeń jest najpierw przekazywane do oleju transformatorowego, a następnie poprzez olej do czynnika chłodzącego. W zależności od mocy transformatora istnieje kilka metod chłodzenia:
1. Naturalne chłodzenie z obiegiem oleju, tj.-samoczynne-chłodzenie zanurzeniowe w oleju.
2. Chłodzenie powietrzem z naturalnym obiegiem oleju, tj. chłodzenie powietrzem-zanurzonym w oleju.
3. Chłodzenie wodne z wymuszonym obiegiem oleju.
4. Chłodzenie powietrzem z wymuszonym obiegiem oleju.
Są to typowe metody chłodzenia-transformatorów mocy zanurzonych w oleju. Wybór odpowiedniej metody chłodzenia w oparciu o rzeczywiste wykorzystanie ma kluczowe znaczenie.
1. Obowiązujący zakres: Nadaje się do stosowania na wysokościach nieprzekraczających 1000 metrów, do użytku wewnątrz lub na zewnątrz.
2. Warunki środowiskowe: Stabilna praca w warunkach maksymalnej temperatury otoczenia +40 stopni i maksymalnej średniej dziennej temperatury +30 stopni.
3. Zakres temperatur: średnia roczna temperatura +20 stopni, minimalna temperatura -25 stopni.
4. Personalizacja: Rozwiązania transformatorowe do specjalnych warunków pracy mogą być dostarczone zgodnie z potrzebami użytkownika.
Następnie zagłębimy się w analizę błędów tych metod chłodzenia w praktycznych zastosowaniach.
Transformatory mogą napotykać różne usterki podczas pracy, w tym usterki uzwojeń, tulei, przełączników zaczepów i akcesoriów, takich jak rdzeń i zbiornik. Uszkodzenia uzwojeń objawiają się głównie-zwarciami międzyzwojowymi, uziemieniem uzwojeń, zwarciami międzyfazowymi--fazowymi, otwartymi obwodami i awariami spawów. Uszkodzenia przepustów są zwykle spowodowane osadzaniem się kamienia, który może łatwo wywołać przeskok podczas silnej mgły lub lekkiego deszczu, prowadząc do jedno-masy jednofazowej lub zwarć międzyfazowych--po stronie-wysokiego napięcia transformatora. Ponadto poważnym problemem jest również poważny wyciek, który może być spowodowany pęknięciami spoin, uszkodzeniem uszczelnienia, wibracjami podczas pracy, uderzeniami zewnętrznymi w zbiornik i uszkodzeniami korozyjnymi. W przypadku wykrycia wycieku należy natychmiast wyłączyć transformator w celu naprawy i nasmarowania. Jednocześnie należy uważnie monitorować awarie przełącznika zaczepów.