Az olajba merülő transzformátorok, mint az ipari és bányászati vállalatok, valamint polgári épületek áramelosztó rendszereinek kulcsfontosságú berendezései, ellátják azt a fontos feladatot, hogy a 10(6)kV-os vagy 35kV-os nagyfeszültségű{4}}hálózatok feszültségét 230/400 V-os buszfeszültségre csökkentsék a felhasználók energiaigényének kielégítése érdekében. Ez a fajta transzformátor alkalmas 50(60) Hz-es váltakozó áramú tápegységekhez, legfeljebb 2500 kVA háromfázisú névleges kapacitással és 833 kVA maximális egyfázisú{12}} névleges kapacitással (de az egyfázisú transzformátorok általában nem ajánlottak). Beltérben használható vagy kültéren is felszerelhető. A 315kVA és az alatti teljesítményű transzformátorokhoz akár közvetlenül is oszlopra szerelhető. Ezenkívül bizonyos követelményeket támaszt a környezeti feltételekkel kapcsolatban, beleértve a környezeti hőmérséklet-tartományt, a maximális napi átlaghőmérsékletet, a maximális éves átlaghőmérsékletet, a relatív páratartalmat és a tengerszint feletti magasságot. Ha a tényleges használati feltételek nem felelnek meg ezeknek az előírásoknak, a megfelelő kvótamódosításokat kell végrehajtani a GB6450-86 szabvány szerint.
1. A fázismegkülönböztető olaj-merült transzformátorok három-fázisú transzformátorra és egy-fázisú transzformátorra oszthatók. A három-fázisú áramellátó rendszerekben a három-fázisú transzformátor a hagyományos választás. Ha azonban a kapacitás túl nagy, vagy a szállítási feltételek korlátozottak, három egyfázisú{8}}transzformátor használható egy transzformátor bank kialakítására az igények kielégítésére.
2. Tekercselés besorolása
A transzformátorok a tekercsek száma alapján két-tekercselő transzformátorra és három-tekercstranszformátorra oszthatók. A két-tekercses transzformátor az elterjedt típus, két tekercssel a magon: az egyik primer tekercsként, a másik pedig szekunder tekercsként. Három tekercstranszformátor jellemzően nagyobb kapacitásra (5600 kVA felett) alkalmas, és ezek a transzformátorok három különböző feszültségű átviteli vonalra csatlakozhatnak. Ezen túlmenően egyes speciális alkalmazásokban még több tekercsű Satons transzformátort is használnak.
3. Strukturális osztályozás
A transzformátorokat szerkezeti jellemzőik alapján mag-típusú transzformátorokra és héj- típusú transzformátorokra oszthatjuk. A mag-típusú transzformátoroknál a tekercsek általában a mag külseje köré tekernek, míg a shell- típusú transzformátoroknál a mag a tekercsek körül helyezkedik el. Ennek a két transzformátortípusnak enyhe szerkezeti eltérései vannak, de működési elveik alapvetően nem különböznek egymástól. A gyakorlatban az energiaellátó rendszerekben általánosan használt transzformátorok túlnyomó többsége mag{7}}típusú.
Ezenkívül a transzformátorok más kulcsfontosságú alkatrészeket is tartalmaznak, mint például a mag, a tekercsek, az olajtartály, az olajtartály, a szigetelő perselyek, a fokozatkapcsolók és a gázrelék, amelyek együtt alkotják a transzformátor teljes szerkezetét.
4. Mag A transzformátor mágneses áramkörének magjaként a mag döntő szerepet játszik. A transzformátor működése során a mag hőt termel a hiszterézis és az örvényáram veszteségei miatt. A hőveszteség hatékony csökkentése, valamint a transzformátor méretének és tömegének minimalizálása érdekében a mag felépítéséhez általában hidegen hengerelt szemcsés-orientált szilícium acéllemezeket használnak, amelyek nagy áteresztőképességgel rendelkeznek, és vastagsága kisebb, mint 0,35 mm. Ezenkívül a tekercsek magon belüli elrendezése alapján a transzformátorok két típusra oszthatók: mag-típusra és héj-típusra.
A nagy kapacitású-transzformátorok esetében annak biztosítására, hogy a magveszteségből származó hőt a szigetelőolaj hatékonyan elvezesse a keringés során, és így jó hűtést érjünk el, a magot általában dedikált hűtőolaj-csatornákkal tervezik.
5. Tekercsek A tekercsek a transzformátor kulcsfontosságú alkatrészei, amelyek az elektromos energiát mágneses energiává, majd vissza elektromos energiává alakítják. A transzformátorokban a tekercsek általában szigetelt réz- vagy alumíniumhuzalból készülnek a vezető veszteségek csökkentése érdekében. Ezzel egyidejűleg szigetelő anyagokat használnak a tekercsek beburkolására és szigetelésére, hogy biztosítsák a szigetelési teljesítményt és a hőelvezetést. A tekercsek magon belüli elrendezése alapján a transzformátorok két típusra oszthatók: mag-típusra és héj-típusra.
A tekercsek és a mag együtt alkotják a transzformátor magösszetevőit. A transzformátor működése során a tekercsek hőt termelnek saját ellenállásuk vagy érintkezési ellenállásuk miatt a csatlakozásoknál; ez a jelenség a Joule-törvénnyel magyarázható.
A tekercsek kritikus alkatrészei a transzformátornak, megfelelő működésük elengedhetetlen a transzformátor teljesítményéhez. A tekercsek működése során azonban különféle problémákba ütközhetnek. Először is, hő keletkezik a tekercsek saját ellenállása vagy az ízületek érintkezési ellenállása miatt, ami a Joule-törvény által feltárt fizikai jelenség. Ezért a túlmelegedés elkerülése érdekében a tekercseknek kerülniük kell a névleges áramukat meghaladó áramot hosszabb ideig. Továbbá, amikor egy rövidzárlati áram áthalad rajta, jelentős elektromágneses erőt hoz létre a tekercseken, ami komoly károkat okozhat a transzformátorban.
Különféle típusú transzformátortekercsek léteznek, a legalapvetőbbek a koncentrikus és az átlapolt tekercsek. A főbb hibák, amelyekkel ezek a tekercsek szembesülhetnek, közé tartoznak az inter-zárlatok és a burkolat rövidzárlatai. Az inter-fordulási rövidzárlatokat a szigetelés elöregedése, túlterhelés vagy mechanikai sérülés okozhatja az átmenő-áramköri rövidzárlatok során. Fordulati rövidzárlatok akkor is előfordulhatnak, ha a transzformátorban az olajszint leesik, aminek következtében a tekercsek egyes részei az olajfelület felett szabadulnak fel. Ezzel egyidejűleg az átmenő-áramköri rövidzárlat során fellépő túláram deformálhatja a tekercseket, tovább károsítva a szigetelést, és ezáltal kanyarközi rövidzárlatot válthat ki.
Fordulatok közötti rövidzárlat esetén a rövidre zárt tekercsben lévő áram meghaladhatja a névleges értéket, de a teljes tekercs árama továbbra is a határértéken belül lehet. Ilyenkor a gázvédő berendezés működésbe léphet, súlyos esetben pedig a differenciálvédelmi berendezés is beavatkozhat. A burkolat rövidzárlatát a szigetelés elöregedése, az olajnedvesség, az olajszint csökkenése, illetve a villámcsapás és az üzemi túlfeszültség is okozhatja. Ezenkívül az átmenő-áramköri rövidzárlat során fellépő túláram a tekercs deformációját is okozhatja, ami rövidzárlathoz vezet a burkolatban. Az ilyen típusú rövidzárlat általában kiváltja a gázvédő berendezés és a földelésvédő berendezés működését.
6. Olajtartály Az olajos{1}}merített transzformátor-mag alkatrészei, a tekercsek és a mag-transzformátorolajjal töltött olajtartályban vannak elhelyezve. Az ilyen típusú olajtartályokat jellemzően acéllemezekből hegesztik, és robusztus mechanikai védelmet és kiváló hűtést biztosítanak. A közepes és kisméretű transzformátorok esetében a tartály általában két részből áll: a tartályhéjból és a tartályfedélből. A transzformátor teste a héj belsejében található, míg a tartályfedél nyitása megkönnyíti a test ellenőrzését és karbantartását.
Ezenkívül a transzformátorok szigetelési és hűtési módjuk alapján két fő kategóriába sorolhatók: olajos-merült és száraz-típusú. Az olajos-transzformátorokban a mag és a tekercsek együtt vannak transzformátorolajba merítve, ezáltal javítva a szigetelési teljesítményt és optimalizálva a hűtési feltételeket. Mindazonáltal a száraz{5} típusú transzformátorokat bizonyos speciális alkalmazásokban is használják, mint például az utcai világítás és a bányavilágítás.
1. A nem-zárt olaj-bemerült transzformátorokat, mint például az S8, S9 és S10 sorozat, általánosan használják az ipari és bányászati vállalkozásokban, a mezőgazdaságban és az építőiparban.
2. A zárt olaj-bemerült transzformátorok, beleértve az S9, S9-M és S10-M modelleket is, különösen alkalmasak olyan összetett környezetekben, ahol magas az olaj és a vegyi anyagok mennyisége, például a kőolaj- és vegyiparban.
3. A lezárt olaj{1}}merített transzformátorokat, például a BS9, S9-, S10-, S11-MR, SH és SH12-M sorozatot széles körben használják áramelosztásra különböző helyeken, beleértve az ipari és bányászati vállalkozásokat, a mezőgazdaságot és a polgári épületeket.
Ezenkívül léteznek speciális célokra tervezett transzformátorok, például nagyfeszültségű{0}}transzformátorok tesztelésre, transzformátorok elektromos kemencékhez, transzformátorok hegesztéshez és tirisztoros áramkörökben használt transzformátorok. A feszültségtranszformátorok és a mérőműszerek áramváltói szintén nélkülözhetetlenek.
a. Az olajba merülő transzformátor alacsony feszültségű-tekercsei, hacsak nem rézvezetőt használnak kis kapacitású-modellben, általában hengeres kialakítást használnak rézfólia tekercseléssel. A nagyfeszültségű-tekercselés több-rétegű hengeres szerkezetet használ. Ez a kialakítás segít fenntartani a kiegyensúlyozott amper-fordulateloszlást, csökkenti a szivárgási fluxust, valamint javítja a mechanikai szilárdságot és a rövidzárlat-tűrő képességet.
b. A stabilitás érdekében a mag és a tekercsek is önzáró anyákkal vannak rögzítve, hogy ellenálljanak a szállítás közbeni ütéseknek. Ezenkívül a mag nélküli szerkezet lehetővé teszi a transzformátor számára, hogy ellenálljon a nagyobb szállítási ütéseknek.
c. A gyártás során mind a tekercsek, mind a mag vákuumszárításon esnek át, és vákuum olajszűrési és -injektálási eljárásokat alkalmaznak a belső nedvességszint minimalizálása érdekében.
d. Az olajtartály zseniális kialakítású hullámlemezekkel, amelyek légző funkcióval kompenzálják a hőmérséklet-ingadozások okozta olajtérfogat-változásokat, így nincs szükség olajtartályra, és csökken a transzformátor magassága.
e. A hullámlemezek használatának köszönhetően a transzformátorolaj el van szigetelve a külső levegőtől, hatékonyan megakadályozva az oxigén és a nedvesség behatolását, ezáltal megőrzi a kiváló szigetelési teljesítményt.
f. Összefoglalva, ezek a tervezési jellemzők együttesen biztosítják, hogy az olajba merülő transzformátoroknál normál terhelési körülmények között ne legyen szükség olajcserére, ami jelentősen csökkenti a karbantartási költségeket és jelentősen meghosszabbítja az élettartamukat.
Nagy számú primer vagy szekunder terhelés esetén javasolt két vagy több transzformátor konfigurálása. Így egy transzformátor lekapcsolása esetén is a fennmaradó transzformátorok kapacitása ki tudja elégíteni a primer és szekunder terhelések teljesítményigényét. Egyidejűleg az elsődleges és a másodlagos terhelést a lehető legnagyobb mértékben koncentrálni kell, hogy elkerüljük a túlzott diszperziót.
Ha nagy a szezonális teherbírás, akkor ajánlott transzformátorok használata. Ilyenek például a légkondicionáló hűtési terhelései és a fűtési elektromos fűtési terhelések nagy polgári épületekben. Nagy koncentrált terhelésű alkalmazásokban dedikált transzformátorok használata javasolt. Ide tartoznak a nagy fűtőberendezések, a nagy röntgengépek-és az elektromos ívkemencék.
Ha nagy a világítási terhelés, vagy ha a transzformátor megosztása az áramellátáshoz és a világításhoz jelentősen befolyásolja a világítás minőségét és az izzó élettartamát, külön világítási transzformátor telepíthető. Az áramellátás és a világítás általában egyetlen transzformátoron osztozik.
7. Működési környezet:
Normál környezeti feltételek mellett az olajos{0}}merített és a száraz- típusú transzformátorok is életképesek. Ezek a transzformátorok alkalmasak ipari és bányászati vállalkozások, önálló vagy mellékelt mezőgazdasági alállomások, valamint lakóterületek független alállomásai számára. Az elérhető transzformátormodellek közé tartozik az S8, S9, S10, SC(B)9 és SC(B)10. Ezenkívül figyelembe kell venni a hőmérséklet hatását a transzformátor kiválasztására.
① Ezek a transzformátorok 220 fokos szögben is képesek hosszú távon -stabil működést fenntartani.
② Könnyen ellenállnak a rövid -magas-hőmérsékletű, 350 fokos ütéseknek.
③ Ezek a transzformátorok kiváló teljesítményt tartanak fenn, függetlenül a nagy hőmérséklet-ingadozásoktól vagy a páratartalom ingadozásától.
④ 250 fokos hőmérsékleten nem olvadnak meg, nem folynak, és nem támogatják az égést.
⑤ Még figyelemreméltóbb, hogy ezek a transzformátorok még szélsőséges, akár 750 fokos hőmérsékleten sem bocsátanak ki mérgező vagy korrozív gázokat.
Ezen túlmenően ezek a transzformátorok kiváló teherbírással rendelkeznek, amelyek képesek kielégíteni a teljesítményigényeket különféle összetett üzemi körülmények között.
Az elosztó transzformátorok teljesítményének meghatározásakor átfogóan figyelembe kell venni a különféle villamos berendezések teljesítményét, és számolni kell a terhelést (általában a tűzvédelmi terhelés nélkül). A kompenzált látszólagos kapacitás az elsődleges alapja a transzformátor kapacitásának és számának kiválasztásának. Általában a transzformátor terhelési tényezőjét körülbelül 85%-on tartják. Ez a módszer viszonylag egyszerű és alkalmas kapacitásbecslésre.
A GB/T17468-1998 "Táptranszformátorok kiválasztási irányelvei" ajánlása szerint az elosztótranszformátorok kapacitásválasztását kombinálni kell a GB/T15164-94 "Olajbemerített teljesítménytranszformátorok terhelési irányelveivel" vagy a GB/T17211-1998 "Tápfeszültség-transzformátorokra vonatkozó irányelvek" és a "DLoad-Trafers" irányelvek alapján. számított terhelés. A fent említett két irányelv számítógépes programokat és normál ciklusú terhelési diagramokat biztosít az elosztótranszformátorok kapacitásának pontosabb meghatározásához.
A transzformátorolajat kiváló szigetelése és hővezető képessége miatt kedvelik, ára pedig viszonylag kedvező.
A transzformátorolaj hatékonyan oldja meg a hőelvezetés és a nagy{0}}feszültségű szigetelés problémáit a nagy kapacitású transzformátorokban.
Van azonban néhány hátránya is:
A transzformátorolaj gyúlékony; a lánggal való érintkezés égést vagy akár robbanást is okozhat, ami gondos kezelést igényel.
Ez az olaj potenciális egészségügyi kockázatot jelent, ezért működés közben megfelelő védőintézkedéseket tesz szükségessé.
A transzformátorolaj rendszeres szakmai ellenőrzést igényel a stabil és biztonságos működés biztosítása érdekében.
Az olajba merülő{0}}transzformátorokat gyenge tömítési teljesítmény és öregedési hajlam jellemzi, ami komoly olajszivárgáshoz vezethet a működési helyen. Ez nemcsak a berendezés normál működését befolyásolja, hanem a környező környezetre is káros hatással lehet.
Az olajba merülő transzformátorok viszonylag alacsony szigetelési osztályúak, általában az A osztályú szigetelési szabványok szerint tervezték és gyártják. Ezért a kiválasztás és a használat során kiemelt figyelmet kell fordítani élettartamuk felmérésére.
A transzformátorok szigetelőanyagainak polimerizációs foka (DP) a szigetelés elöregedésének mértékének mérésének kulcsmutatója, pontossága és megbízhatósága széles körben elismert. A transzformátorok öregedési szintjének meghatározásához jellemzően a szigetelő karton átlagos polimerizációs fokát (DP) használjuk szabványként. A kritériumaink a következők: A 450-nél kisebb átlagos DP az élettartam fokozatát jelzi; a 250-nél kisebb átlagos DP veszélyes fokozatot jelez.
1) Élettartamra és veszélyességi fokozatokra vonatkozó szakítószilárdsági szabványok
Az élettartam fokozatban a szigetelőpapír külső rövidzárlati körülmények között megtartja kezdeti maximális szakítószilárdságának 60%-át. A veszélyes fokozat elérésekor ez a maradék szilárdság 15%-ra csökken.
2) DP meghibásodási valószínűségi szabványok japán szigetelőpapír szálakra
Ha a DP érték nagyobb vagy egyenlő, mint 450, a szigetelő papírszál meghibásodási valószínűsége 0; ha a DP érték 450 és 250 között van, a meghibásodás valószínűsége fordítottan arányos a DP értékkel, konkrétan (450 - DP) / 200; és ha a DP érték kisebb, mint 250, a meghibásodás valószínűsége 1.
3) Képlet a transzformátor hátralévő élettartamának becslésére átlagos DP-vel
Megbecsülhetjük a transzformátor hátralévő élettartamát a kezdeti átlagos DP értékével (n0), az átlagos DP-vel L év után (nL) és az L évek számával. A konkrét képlet a következő: Hátralévő élettartam (nL/n0)=(1 - r)L, ahol r az átlagos DP csökkenésének mértéke.
Az olajba merülő -táptranszformátor működése során a tekercsek és a mag által termelt hő először a transzformátorolajba, majd az olajon keresztül a hűtőközegbe kerül. A transzformátor kapacitásától függően többféle hűtési mód létezik:
1. Természetes olajcirkulációs hűtés, azaz olaj-merülő önhűtés-.
2. Természetes olajkeringtetésű léghűtés, azaz olaj{3}}bemerült levegőhűtés.
3. Kényszerített olajkeringtetésű vízhűtés.
4. Kényszerített olajkeringtetésű léghűtés.
Ezek gyakori hűtési módszerek az olajos{0}}táptranszformátorokhoz. A megfelelő hűtési mód kiválasztása a tényleges használat alapján kulcsfontosságú.
1. Alkalmazható kör: 1000 métert meg nem haladó magasságban, beltéri vagy kültéri használatra alkalmas.
2. Környezeti feltételek: Stabil működés a maximális környezeti hőmérséklet +40 fok és a maximális napi átlaghőmérséklet +30 fok mellett.
3. Hőmérséklet-tartomány: Éves átlaghőmérséklet +20 fok, minimum hőmérséklet -25 fok .
4. Testreszabás: A speciális üzemi feltételekhez transzformátor megoldások biztosíthatók a felhasználói igényeknek megfelelően.
A továbbiakban ezeknek a hűtési módszereknek a gyakorlati alkalmazásokban történő hibaelemzésével foglalkozunk.
A transzformátorok működés közben különféle hibákkal találkozhatnak, beleértve a tekercsek, a perselyek, a fokozatkapcsolók és a tartozékok, például a mag és a tartály hibáit. A tekercselési hibák főként fordulatközi A perselyhibákat általában a vízkő felhalmozódása okozza, amely erős köd vagy gyenge eső esetén könnyen kiválthatja a villanást, ami egy-fázisú földeléshez vagy fázis---fáziszárlathoz vezet a transzformátor nagy-feszültségű oldalán. Emellett jelentős probléma a súlyos szivárgás is, amelyet hegesztési repedések, tömítés meghibásodása, működés közbeni vibráció, a tartályt érő külső hatások és korróziós károk okozhatnak. Ha szivárgást észlel, a transzformátort azonnal le kell állítani javítás és kenés céljából. Ugyanakkor a fokozatkapcsoló meghibásodásait is szorosan figyelemmel kell kísérni.