Силовой трансформатор

Силовые трансформаторы устройство и принцип действия

Источник: https://electric-220.ru/news/silovye_transformatory_ustrojstvo_i_princip_dejstvija/2017-01-26-1163

Силовые трансформаторы: что это такое, назначение, классификация и конструктивные особенности

Между генераторами электроэнергии и потребителями может быть десятки, а то и сотни километров.

Для минимизации потерь при транспортировке применяется специальная технология, суть которой заключается в повышении напряжения, передачи его посредством ЛЭП и понижении до уровня потребительской сети.

Последний этап преобразования осуществляется на подстанциях, оборудованными силовыми трансформаторами (далее по тексту СТ). В данной публикации мы расскажем, что представляют собой эти устройства, их основные конструктивные элементы и особенности.

Что такое силовой трансформатор и его назначение

Основная сфера применения СТ связана с передачей и распределением электроэнергии, упрощенно это представлено на рисунке ниже.

Схема передачи электроэнергии

Как видно из рисунка, в цепи между генератором и потребителем может быть установлено несколько СТ.

Первый повышает напряжение до 110 кВ (чем оно выше, темь меньше потерь при передаче на дальние расстояния) и подает его на ЛЭП.

На выходе линии установлен второй СТ на районной подстанции, откуда производится передача по подземному кабелю на трансформаторный пункт, откуда запитываются конечные потребители.

Трансформаторный пункт

Принятые классификации

Учитывая немалый вес и размеры СТ, чтобы упростить ряд работ, связанных с обслуживанием, транспортировкой и планированием, данные устройства принято делить на габаритные группы. Ниже представлена таблица, где показано соответствие.

Таблица габаритов СТ:

Содержание: Транспортировка электрической энергии на большие расстояния неизбежно приводит к определенным потерям. Для того чтобы снизить потери, в системе передачи применяется свойство трансформации. С этой целью электрический ток проходит через трансформаторную подстанцию, с помощью которой осуществляется повышение амплитуды напряжения, подаваемого в ЛЭП для дальнейшей транспортировки. Конечная точка ЛЭП подключается к вводу удаленной подстанции. Здесь выполняется снижение напряжения, после чего электричество распределяется среди потребителей. На обеих подстанциях установлены силовые трансформаторы, устройство и принцип действия которых позволяет преобразовывать электроэнергию большой мощности. Они отличаются особенностями устройства и техническими характеристиками. Основные детали и системы силового трансформатора Металлический корпус предназначен для размещения внутри него электрического оборудования трансформатора. Он представляет собой герметичный бак с крышкой, заполненный трансформаторным маслом. Такой сорт масла имеет высокие диэлектрические качества, с его помощью отводится тепло от деталей, подверженных значительным токовым нагрузкам. Охлаждение трансформатора осуществляется с помощью гидравлической системы. Залив и слив масла производится с использованием задвижек и вкручивающихся пробок. Отбор масла для химического анализа производится через запорный вентиль, расположенный в нижней части бака. Циркуляция масла в силовом трансформаторе происходит по двум контурам – внешнему и внутреннему. В состав внешнего контура входит радиатор, состоящий из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных между собой металлическими трубками. Нагретое масло проходит через магистрали охладителя, остывает и вновь поступает в бак. Внутри бака масло может циркулировать естественным путем или принудительно под действием давления, создаваемого насосами. Теплообмен значительно улучшается за счет специальных гофр, устанавливаемых на поверхности бака. Важнейшим элементом силового трансформатора является его электрическая схема. Все ее элементы размещаются внутри корпуса. Верхняя и нижняя балки составляют остов, на котором крепятся все остальные детали. В состав схемы входит магнитопровод, обмотки высокого и низкого напряжения, высоковольтные и низковольтные отводы, регулировочные ответвления обмоток. В нижней части располагаются вводы высокого и низкого напряжения. Основной функцией магнитопровода является снижение потерь магнитного потока, проходящего через обмотки. Для его изготовления используется специальные сорта электротехнической стали. Ток нагрузки протекает через обмотки фаз. Изоляция витков выполняется специальными сортами хлопчатобумажной ткани или кабельной бумаги. Механическая и электрическая прочность обмоточной изоляции повышается за счет пропитки поверхностей специальным лаком. Подключение обмоток может выполняться по схеме «звезда», «треугольник» или «зигзаг». Для маркировки концов каждой обмотки используются латинские символы. Принцип действия и режимы работы Силовые трансформаторы действуют по такому же принципу, как и обычные трансформаторные устройства. Во входную обмотку поступает электрический ток, колебания которого изменяются по времени. Это приводит к наведению в магнитопроводе изменяющегося магнитного поля. Далее изменяющийся магнитный поток проходит через витки второй обмотки, после чего в ней возникает электродвижущая сила. Во время проверок и в процессе эксплуатации работа трансформатора может происходить в различных режимах: Рабочий режим. В этом случае источник напряжения подключается к первичной обмотке, а нагрузка – к вторичной. Величина тока в каждой обмотке должна быть не более допустимого расчетного значения. В данном режиме обеспечивается устойчивое и надежное питание потребителей в течение длительного времени. В рабочем режиме может создаваться холостой ход и короткое замыкание с целью проверки характеристик трансформаторного устройства. Холостой ход. Создается путем размыкания вторичной цепи, чтобы исключить протекание по ней тока. Данный режим позволяет определить коэффициент полезного действия, коэффициент трансформации, потери в стальных деталях, затраченные для намагничивания сердечника. Режим короткого замыкания. В этом случае накоротко шунтируются выводы вторичной обмотки. На входе трансформатора напряжение оказывается заниженным до значения, при котором создается вторичный номинальный ток с постоянным значением. Данный способ позволяет установить потери в меди. Аварийный режим. К нему относятся любые нарушения работы трансформатора, вызывающие отклонение рабочих показателей за пределы допустимого значения. Особую опасность представляет короткое замыкание, возникающее внутри обмоток. Для предотвращения последствий аварийного режима в силовых трансформаторах устанавливаются автоматические средства защиты и сигнализации. Они поддерживают нормальную работу первичной схемы и полностью отключают ее в случае неисправностей и аварийных ситуаций. Защита силовых трансформаторов В первую очередь необходимо постоянно контролировать уровень масла, циркулирующего внутри бака. На его температуру оказывает влияние целый комплекс различных факторов. В связи с этим происходит постоянное изменение объема и главной задачей становится поддержание уровня масла в установленных границах. Важную роль в этом играет использование расширительного бачка, компенсирующего все объемные отклонения. Кроме того, он позволяет вести наблюдения за текущим уровнем масла. Данные о состоянии уровня снимаются с помощью маслоуказателя, подключаемого параллельно с расширительным бачком. Силовые трансформаторы должны быть защищены от проникновения влаги, поскольку расширительный бак своей верхней частью плотно контактирует с окружающей средой. С этой целью устанавливается осушитель воздуха, создающий препятствия попаданию влаги в масло, что существенно снижает его диэлектрические свойства. Важной составляющей масляной системы считается газовое реле, защищающее трансформатор от внутренних повреждений. Оно монтируется внутри трубопровода, который соединяет между собой основной и расширительный баки. Во время нагрева масло и органическая изоляция выделяют газы, попадающие в емкость газового реле, содержащую внутри чувствительный элемент. В некоторых случаях может возникнуть аварийное повышение давления внутри бака. В целях защиты на крышке трансформатора выполняется монтаж выхлопной трубы. Ее нижний конец должен сообщаться с емкостью бака, а масло – поступать внутрь до необходимого уровня в расширителе. Над расширителем возвышается верхняя часть трубы, которая отводится в сторону и незначительно загибается вниз. Ее конец герметично закрывает стеклянная предохранительная мембрана, разрушающаяся в случае аварийного повышения давления. Силовые трансформаторы, имеющие обмотку высокого напряжения свыше 1000 В, оборудуются релейной защитой от основных повреждений и неисправностей. Непосредственными защитными устройствами являются вторичные реле прямого или косвенного действия. Их подключение осуществляется не напрямую, а через измерительные трансформаторы напряжения и тока. Монтаж и дальнейшая эксплуатация силовых трансформаторов Большинство конструкций силовых трансформаторов обладают значительным весом. Поэтому для их транспортировки к месту монтажа используется специальный транспорт. Оборудование поставляется полностью собранным и готовым к подключению. Монтаж силового трансформатора выполняется на заранее подготовленном фундаменте или в специальном помещении. Во избежание воздушных мешков под крышкой бака в процессе установки, под катки со стороны расширителя подкладываются стальные пластинки. Их толщина должна обеспечивать подъем 1% с узкой и 1,5% с широкой стороны трансформатора. Длина прокладок составляет не менее 150 мм. При массе устройства до 2 тонн установка выполняется непосредственно на фундамент. Корпус в обязательном порядке соединяется с системой заземления. Перед началом установки силовые трансформаторы проходят испытания в лабораторных условиях. В это время измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество соединений, изоляции, а также соответствие трансформаторного масла. Релейная защита силового трансформатора
Габаритная группа	Минимальная мощность (кВ*А)	Максимальная мощность(кВ * А)	UМАКС (кВ)
I	10,0	100,0	35,0
II	160,0	630,0
III	1000,0	6300,0
IV-1	10000,0	40000,0
IV-2	6300,0	63000,0	110,0
V-1	100000,0	250000,0
V-2	10000,0	250000,0	220,0-330,0
VI-1	250000,0 и более	от 330,0 и более
VI-2	без ограничения по мощности и напряжению

Силовой трансформатор 5-й габаритной группы ТРДЦН-63000/220, вес около 130 тонн

Помимо габаритного распределения, СТ также классифицируют по следующим показателям:

• число фаз (как правило, подстанции оборудованы трехфазными преобразователями);
• количество обмоток (две или три);
• функциональное назначение (понижение или повышение амплитуды);
• исполнение (установка внутри помещения или снаружи);
• система отвода тепла (воздушная или масляная).

Конструктивные особенности

Несмотря на разнообразие видов СТ их конструкция неизменно включает следующие обязательные элементы:

• выводы катушек высокого и низкого напряжения (ВН и НН), их принято называть силовыми вводами;
• систему отвода тепла;
• устройства, позволяющие регулировать рабочее напряжение;
• дополнительное оборудование, для контроля работы и обслуживания аппарата.

На рисунке ниже представлена типовая конструкция СТ с масляной системой отвода тепла.

Конструкция силового трансформатора с масляным охлаждением

Обозначения:

• А – бак расширителя, служит для выравнивания уровня масла при изменении его объема вследствие температурных колебаний.
• В – силовой ввод для ВН.
• С – ввод для НН.
• D – переключатель рабочего напряжения.
• E – радиатор, представляет собой трубы, по которым циркулирует масло.
• F – корпус, также играет роль бака для масла.
• G и H – катушки ВН и НН.
• I – магнитопроводный сердечник.

Теперь рассмотрим подробно назначение основных конструктивных элементов.

Назначение силовых вводов

Данный элемент конструкции необходим для подключения питания и нагрузки к СТ. Их расположение может быт как внутренним (закрытые клеммные колодки) так и внешним. Обратим внимание, что первый вариант расположение используется только в СТ с воздушной системой отвода тепла.

Обязательно наличие изоляции, между вводом и корпусом, она может быть маслобарьерной, элегазовой, конденсаторной-проходной или же выполнена из материалов, не проводящих электричество (фарфор, полимеры и т.д.).

Рис. 4. Фарфоровые изоляторы на вводах силового трансформатора

Система отвода тепла

В процессе преобразования электроэнергии часть потерь выделяется в виде тепла, поэтому система его отвода неизменно присутствует в любом СТ. Мощные аппараты снабжены для этого специальной двухконтурной системой, охлаждение масла в которой производится следующими способами:

• Посредством радиаторов (см. Е на рис. 4), обеспечивающих отвод тепла во вторичную или внешнюю среду.
• Бак-корпус с гофрированной поверхностью (применяется в маломощных аппаратах).
• Установка вентиляционного оборудования. Такое решение позволяет увеличить производительность на четверть.Вентиляторы принудительной системы охлаждения СТ
• Дополнительные системы водяного охлаждения. Это один из самых простых и эффективных способов отвода тепла.
• Применение специальных насосов, обеспечивающих циркуляцию масла в системе отвода тепла.

Устройства управления рабочим напряжением

В некоторых случаях возникает необходимость повысить или понизить напряжение нагрузки СТ, для этой цели в большинстве конструкций предусмотрено специальный переключатель. По сути, он меняет коэффициент трансформации путем переключения на большее или меньшее число витков в катушках.

Как правило, такие манипуляции выполняются при снятой нагрузке, но существуют устройства позволяющие изменять КТ без отключения потребителей.

Виды дополнительного оборудования

Для обеспечения стабильной работы и обслуживания СТ их конструкция может включать следующие устройства, именуемые навесным или дополнительным оборудованием:

• Реле давления газа, представляет собой защитную систему. Если СТ переходит в нештатный режим работы, то в результате большого выделения тепла происходит разложение масла. Данный процесс сопровождается выделением газа. При его быстром образовании срабатывает защита, отключающая аппарат от питания и нагрузки. Если процесс газообразования протекает медленно, включается оповещение.
• Термоиндикаторы, показывают нагрев масла в различных узлах системы отвода тепла.Индикатор температуры масла
• Влагопоглотители. Применяются в негерметичных масляных системах отвода тепла, препятствуют образованию водяного конденсата.
• Системы маслорегенерации.
• Датчики давления, если оно превышает определенный порог, автоматически включается устройство сброса для нормализации.
• Датчик уровня заполнения масла в системе отвода тепла.

Принятая маркировка

Буквенно-цифровые обозначения СТ производится в соответствии с представленным ниже рисунком.

Маркировка силового трансформатора

Обозначения:

1. Указывается тип аппарата. Возможны варианты «А», «Л», «Е» или отсутствие символа, что соответствует автотрансформатору, линейному или печному устройству. Отсутствие символа указывает на обычный СТ.
2. «О» или «Т», соответствует однофазному или трехфазному аппарату.
3. Используемая вариант отвода тепла (для масляных систем), возможные варианты:

• М – принудительные системы не используются.
• Д – производится принудительный обдув.
• ДЦ – производится принудительный обдув с ненаправленной циркуляцией.
• НЦ – водяно-масляное охлаждение с направленной циркуляцией.
• Ц – водно-масляное охлаждение с ненаправленной циркуляцией.

1. Указание мощности в кВ*А.
2. Допустимый уровень ВН (кВ).
3. Вариант исполнения (наружное или внутреннее размещение, особые климатические условия и т.д.)

Особенности обслуживания

СТ являются важными звеньями в схемах передачи электроэнергии, от них зависит работа всей системы. Для обеспечения надежности и бесперебойной работы этих устройств необходимо регулярное обслуживание подготовленными специалистами, имеющих соответствующий уровень допуска.

Если оборудование используется там, где предусмотрено наличие штатного дежурного персонала, то его обязанности входит проведение регулярных осмотров, при которых снимаются показания приборов, характеризующих текущее состояние СТ. Регламентом предписывается контролировать:

• Показания уровня масла в теплоотводных системах.
• Состояние влагопоглотителей.
• Работу системы маслорегенерации.
• Состояние внешнего корпуса аппарата и основных его узлов.

При обнаружении отклонения от нормы, подтеков, повреждений или других признаков, свидетельствующих о нештатной работе контролируемых аппаратов, персонал должен принять предписанные инструкцией меры.

Для автономного оборудования, работа которого не требует наличия дежурного персонала, положено проводить технический осмотр ежемесячно. Что касается трансформаторных пунктов, то для них эта норма снижена до полгода.

При обнаружении недостатка масла в системе отвода тепла следует произвести доливку, а в случае несоответствия нормам – полную замену. Определить необходимость замены масла, можно по его цвету.

Свидетельством нештатного режима работы оборудования может быть повышение температуры в помещении подстанции. При обнаружении прямых или косвенных свидетельств анормального функционирования СТ, предписывается проводить внеплановый осмотр с проверкой общего состояния элементов защитного оборудования.

Помимо этого при обслуживании периодически приходится производить подстройку рабочего напряжения.

Необходимость этого связана с тем, что со временем латунные и медные контакты покрываются оксидной пленкой, что приводит к увеличению переходного сопротивления.

Что бы не допустить этого, раз в полгода с СТ снимается нагрузка и питание, после чего производится переключение регулятора напряжения во всем позициям. Процедуру рекомендуется повторить несколько раз, перед тем как вернуть исходное положение.

Источник: https://www.asutpp.ru/silovye-transformatory.html

Силовые трансформаторы

УСТРОЙСТВО – ХАРАКТЕРИСТИКИ – ВЫБОР – ОБСЛУЖИВАНИЕ

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

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

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

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

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

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

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

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

Конструкция и устройство

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

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

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

Это облегчает намотку провода и улучшает использование площади магнитопровода. Отдельные листы сердечника укладываются таким образом, чтобы стыки между отдельными пластинами перекрывались целыми листами. Это позволяет избежать лишних потерь и повышает КПД трансформатора.

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

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

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

Масляная система охлаждения оборудована устройствами для компенсации температурного расширения масла и удаления из него влаги.

Имеются устройства защиты, которые размыкают электрическую цепь при резком повышении давления и клапаны сброса давления.

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

В начало

Основные технические характеристики

Силовые трансформаторы характеризуются:

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

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

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

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

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

Отдельное место занимает способ изменения напряжения на низковольтной вторичной обмотке. Таких способов два — регулируемые под нагрузкой и требующие отключения нагрузки. Обычно регулировка выполняется со стороны высоковольтной обмотки, поскольку по ней протекает меньший ток и снижаются требования к контактным группам.

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

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

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

В начало

Выбор силового трансформатора

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

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

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

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

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

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

При выборе силовых трансформаторов также необходимо уделять внимание защите. Защита бывает двух основных видов — защита от перегрузок т от внутренних повреждений.

Для защиты от перегрузок применяется дифференциальная защита, в основе которой лежат трансформаторы тока, установленные на каждой фазе.

К внутренней защите относятся устройства, которые контролируют:

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

В начало

Ремонт и техническое обслуживание

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

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

Контролируются следующие показатели:

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

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

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

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

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

Для разрушения пленки окислов два раза в год производят отключение устройства от питания и нагрузки и переводят переключатель через все возможные положения несколько раз, с последующей установкой в необходимое положение. Обычно такие работы производят непосредственно перед сезонными изменениями нагрузки.

В начало

© 2012-2018 г. Все права защищены.

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

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

Силовые трансформаторы. Виды и устройство. Работа и применение

Трансформатором называется электрическое устройство, которое передает электроэнергию от одного контура на другой с помощью магнитной индукции.

Трансформаторы стали наиболее применяемыми электрическими устройствами, применяющимися в быту и промышленности.

Эти устройства используются для повышения или понижения напряжения, а также в схемах блоков питания для преобразования входящего переменного тока в постоянный ток на выходе.

Способность трансформаторов передавать электроэнергию применяется для передачи мощности между разными схемами несогласованных электрических цепей. Рассмотрим различные виды и типы силовых трансформаторов, их установку и технические свойства.

Устройство трансформатора

Конструкции трансформаторов имеют различное строение. В зависимости от этого ведется расчет номинального напряжения, либо между фазой и землей, либо между двумя фазами.

1 — Первичная обмотка 2 — Вторичная обмотка 3 — Сердечник магнитопровода 4 — Ярмо магнитопровода

Конструкция обычного стандартного трансформатора состоит из двух обмоток с общим ярмом, для создания электромагнитной связи между обмотками. Сердечник изготавливают из электротехнической стали. Катушка, на которую входит электрический ток, является первичной обмоткой. Катушка на выходе называется вторичной.

Существует такой вид трансформаторов, как тороидальный. У такого трансформатора катушки индуктивности являются пассивными компонентами, состоящими из магнитного сердечника в виде кольца.

Сердечник имеет повышенную магнитную проницаемость, изготовлен из феррита. Вокруг кольца намотана катушка. Тороидальные фильтры и катушки применяются для трансформаторов высокой частоты.

Они используются для испытаний мощности.

Переменный ток поступает на первичную обмотку трансформатора, образуется электромагнитное поле, которое развивается в магнитном потоке сердечника. По принципу электромагнитной индукции во вторичной обмотке образуется переменная ЭДС, которая образует напряжение на клеммах выхода трансформатора.

Силовые трансформаторы, имеющие две обмотки, не рассчитаны на постоянный ток. Однако, в момент подключения их к постоянному току, они образуют короткий импульс напряжения на выходе.

Вид уличного силового трансформатора

Конструкция силового трансформатора подобна обычному бытовому трансформатору.

Виды

Существует множество факторов, по которым можно классифицировать силовые трансформаторы. При общем рассмотрении этих устройств, можно сказать, что они преобразуют электрическую энергию одного размера напряжения в электроэнергию с большим или меньшим размером напряжения.

В зависимости от различных факторов силовые трансформаторы делятся на виды:

1. По выполняемой задаче. Понижающие трансформаторы. Применяются для получения низкого напряжения из высоковольтных линий питания. Повышающие, используются для увеличения значения напряжения.
2. По числу фаз. Трансформаторы 3-фазные, 1-фазные.

Широко применяются в трехфазной сети питания. Оптимальным вариантом будет в трехфазной сети установить три однофазных трансформатора на каждую отдельную фазу.
3. По количеству обмоток. Двухобмоточные и трехобмоточные.
4. По месту монтажа.

Наружные и внутренние.

Существует много других разных факторов, по которым можно разделять силовые трансформаторы. Например, по способу охлаждения или соединения обмоток, и т.д. При установке оборудования важную роль играют условия климата, что также разделяет трансформаторы на классы.

Трансформаторное оборудование бывает универсальным, и специального назначения мощностью до 4000 кВт напряжением 35000 вольт. Конкретную модель выбирают по возлагаемой на трансформатор задаче.

Принцип действия

Трансформатором называется электромагнитное статическое устройство, у которых имеется 2 или больше обмоток, связанных индуктивно. Они предназначены для изменения одного переменного тока в другой.

Вторичный ток может различаться любыми свойствами: значением напряжения, количеством фаз, формой графика тока, частотой.

Широкое использование в электроустановках, а также в распределительных системах получили силовые трансформаторы.

С помощью таких устройств преобразуют размер напряжения и тока. При этом количество фаз, форма графика тока, частота не изменяются. Элементарный силовой трансформатор имеет магнитопровод из ферромагнитного материала, две обмотки на стержнях.

Первая обмотка подключена к линии питания переменного тока. Ее называют первичной. Ко второй обмотке подсоединена нагрузка потребителя. Ее назвали вторичной.

Магнитопровод вместе с катушками обмоток располагается в баке, наполненном трансформаторным маслом.

Принцип работы заключается в электромагнитной индукции. При включении питания на первичную обмотку в виде переменного тока в магнитопроводе образуется переменный магнитный поток.

Он замыкается на магнитопроводе и образует сцепление с двумя обмотками, в результате чего в обмотках индуцируется ЭДС.

Если к вторичной обмотке подключить какую-либо нагрузку, то под действием ЭДС в цепи этой обмотки образуется ток и напряжение.

В повышающих силовых трансформаторах напряжение на вторичной обмотке всегда выше, чем напряжение в первичной обмотке. В понижающих трансформаторах напряжения первичной и вторичной обмоток распределяются в обратном порядке, то есть, на первичной напряжение выше, а на вторичной ниже. ЭДС обеих обмоток отличаются по количеству обмоток.

Поэтому, используя обмотки с необходимым соотношением количества витков, можно получить конструкцию трансформатора для получения любого напряжения. Силовые трансформаторы имеют свойство обратимости.

Это значит, что трансформатор можно применить как повышающий прибор, или понижающий.

Но, чаще всего, трансформатор предназначен для определенной задачи, то есть, либо он должен повышать напряжение, либо снижать.

Сфера использования

Энергетика в современное время не обходится без устройств, преобразующих электроэнергию в сетях и магистралях, а также принимающих и распределяющих ее. Когда появились такие устройства, то произошло снижение расхода использования цветных металлов, а также уменьшились потери энергии.

Для эффективной работы оборудования нужно рассчитать потери в силовом трансформаторе. Для этого необходимо обратиться к специалистам. Мощные трансформаторы нашли применение на линиях высокого напряжения и станциях распределения энергии. Без них не обходится ни одна отрасль промышленности, где необходимо преобразование энергии. Вот некоторые области применения силовых трансформаторов:

• В сварочном оборудовании.
• Для электротермических устройств.
• В схемах электроизмерительных устройств и приборов.

Свойства и расчет трансформатора

Чаще всего основные свойства устройства указаны в инструкции в его комплекте. Для силовых трансформаторов такими основными свойствами являются:

• Номинальное значение напряжения и мощности.
• Наибольший ток обмоток.
• Габаритные размеры.
• Вес устройства.

Мощность трансформатора по номиналу определяется изготовителем, и выражается в кВА (киловольт-амперы). Номинальное значение напряжения указывается первичное, для соответствующей обмотки, и вторичное, на клеммах выхода. Размеры этих значений могут не совпадать на 5% в ту или иную сторону. Чтобы ее вычислить, нужно сделать простой расчет.

Номинальный ток и мощность устройства должны удовлетворять стандартам. На сегодняшний день производятся модели сухих трансформаторов, которые имеют такие данные мощности от 160 до 630 кВА. Обычно мощность трансформатора обозначена в его паспорте. По ее значению определяют номинальный размер тока. Для расчета применяют формулу:

I = S х √3U, где S и U – это мощность по номиналу, и напряжение.

Для каждой обмотки в формулу входят свои значения величин. Чтобы рассчитать мощность силового трансформатора при работе с потребляющей энергию нагрузкой, необходимо проводить довольно сложные расчеты, которые могут сделать специалисты. Такие расчеты необходимы во избежание негативных моментов, которые могут возникнуть при функционировании трансформатора.

Номинальное напряжение – это линейная величина напряжения холостого хода на обмотках. Они вычисляются, исходя из мощности трансформатора.

Установка и эксплуатация

Многие варианты исполнения силовых трансформаторов имеют большую массу. Поэтому на место монтажа их доставляют на специальных транспортных платформах. Их привозят в собранном готовом к подключению виде.

Установка устройства производится на специальном фундаменте, либо в определенном для этого помещении. При массе трансформатора до 2 тонн установка производится на фундамент. Корпус трансформатора в обязательном порядке заземляют.

Перед монтажом трансформатор подвергают лабораторным испытаниям, в ходе которых измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество всех соединений, проверяется изоляция повышенным напряжением, производится контроль качества масла.

Перед установкой трансформатор необходимо тщательно осмотреть. Нужно обратить особое внимание на наличие утечек масла, проконтролировать состояние изоляторов, соединений контактов.

После ввода в эксплуатацию нужно периодически производить измерение температуры нагрева специальными стеклянными термометрами. Температура должна быть не более 95 градусов.

Во избежание аварий при эксплуатации силового трансформатора нужно периодически производить замеры нагрузки. Это дает информацию о перекосах фаз, искажающих напряжение питания. Осмотр силового трансформатора производится два раза в год. Периоды осмотра могут изменяться в зависимости от состояния устройства.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/jelektropitanie/silovye-transformatory/

Силовые масляные трансформаторы. Купить силовые трехфазные понижающие трансформаторы по цене завода производителя

Трансформаторы по мощности

На сегодняшний день энергоэффективность как коммерческого, так и личного объекта – это не просто один из аспектов правильного использования ресурсов, а острая необходимость. Энергопотери приводят к финансовым потерям, а усугубление этих процессов может стать причиной полного банкротства. И наоборот, уменьшение потерь энергии способствует росту общего благосостояния объекта.

Именно желание сократить потери электроэнергии заставляет многие отечественные предприятия купить силовые трехфазные масляные трансформаторы тока общего назначения по низкой цене в Москве у завода производителя.

Назначение и принцип действия.

Транспортировка электроэнергии на существенные расстояния, осуществляемая от генераторов электростанций к объектам потребления, сопряжена с некоторыми трудностями. При подключении генератора энергии большой мощности к линии электропередачи нагревание проводов будет происходить пропорционально квадрату величины силы тока и сопротивлению провода.

И даже в случае максимального номинального напряжения 24кВ, которым отличаются современные генераторы, величина силы тока в проводах будет иметь высокое значение, и для уменьшения нагрева проводов нужно будет понизить их сопротивление.

Это потребует серьезного увеличения размера поперечного сечения проводов, вследствие чего транспортировка электроэнергии потребителю станет невыгодной в экономическом плане.

Изготовление и применение силового трансформатора позволяет решить данную проблему. Агрегат обеспечивает увеличение напряжения и пропорциональное уменьшение силы тока, не изменяя передаваемую мощность. У потребителя же устанавливается понижающий трансформатор, который наоборот уменьшает напряжение до необходимых значений.

Конструкция и особенности.

Данное устройство состоит из двух ключевых элементов: магнитопровода и обмоток. Магнитопроводом называется магнитная цепь, по которой происходит замыкание магнитного потока.

Обмотки же – это электрические цепи, по которым осуществляется течение тока. Остальные детали конструкции играют вспомогательную, второстепенную роль.

Так, например, отводы соединяют между собой обмотки, обмотки с выводами, переключателями ответвлений.

Во время функционирования, механизм обмоток и магнитопровод нагреваются за счет энергопотерь в них.

Для их охлаждения в изделиях применяется масло, наливаемое в металлический бак, в который и опускается затем основная конструкция устройства. Масло одновременно является и отличным изолирующим материалом.

Одно из главных преимуществ масляных трансформаторов перед устройствами с литой изоляцией заключается в большей перегрузочной способности.

Типы, классификация и основные технические характеристики.

Существует несколько факторов, по которым классифицируют силовые трансформаторы. Чаще всего их разделяют на условные категории с учетом мощности и напряжения:

• Первая группа: устройства с мощностью до 100 кВА;
• Вторая группа: изделия с мощностью от 160 до 630 кВА;
• Третья группа: мощность в диапазоне 1000-6300 кВА;
• Четвертая группа: мощность превышает 10000 кВА;
• Пятая группа: мощность превышает 40000 кВА;

Кроме того, в зависимости от количества фаз выделяют однофазные и трехфазные трансформаторы. Наиболее распространены трехфазные изделия. По числу обмоток на фазу различают двухобмоточный, трехобмоточный и многообмоточные трансформаторы.

К силовым масляным трансформаторам относятся следующие марки:

• ТМ – с баком маслорасширителя.
• ТМГ – герметичные, с гофрированным баком.
• ТМЗ – защищенные, герметичные, с азотной подушкой между поверхностью масла и крышкой.
• ТМФ – фланцевые, с баком маслорасширителя.

Применение силовых трансформаторов.

На российском рынке силовых трансформаторов собрались предприятия-потребители с абсолютно разными типами и объемами производства.

Так как силовые трансформаторы входят в группу товаров производственно-технического направления, то разбить рынок на сегменты целесообразно в соответствии с производственно-экономическими факторами.

При таком раскладе четко определяются следующие потребительские группы:

• генерирующие предприятия, подстанции магистральных электросетей;
• распределительные объекты электросети в регионах;
• промышленные предприятия различных отраслей (заводы, комбинаты, фабрики и пр.), сельхозпредприятия, садоводческие организации, объекты МО РФ;
• нефтедобывающие компании;
• жилищно-коммунальные организации, объекты транспортного комплекса, социальной инфраструктуры (образовательные учреждения, торгово-развлекательные центры, медицинские объекты, жилые районы, автовокзалы, порты, водонасосные станции и пр.), муниципальные распределительные объекты электросети.
• железнодорожные объекты (тяговые подстанции, вокзалы, станции).

Продажа новых и б/у силовых высоковольтных распределительных трансформаторов по низкой стоимости.

Если вы ищете качественные, надежные трансформаторы от проверенных производителей, компания “Каларис” готова предложить вам:

У нас широко представлены самые востребованные типы и виды агрегатов, среди которых вы легко найдете наиболее подходящие для вас варианты.

Благодаря продуманной ценовой политике все реализуемые нами устройства вполне доступны для большей части потребительской аудитории.

• Широкий комплекс сопроводительных услуг.

Обратившись к нам, вы можете не только заказать поставку больших трансформаторов с ревизии по каталогу в России, но и воспользоваться нашими услугами по электромонтажным и пусконаладочным работам, диагностике состояний устройств, их текущему или капитальному ремонту. Не забывайте, от качества и правильности установки и обслуживания зависит, насколько длительным будет срок службы трансформатора.

Источник: http://Kalaris.ru/

Силовые трансформаторы

Назначением силовых трансформаторов является преобразование электроэнергии одного уровня напряжения в электроэнергию, имеющую другое напряжение. В связи с этим приборы этого типа есть важнейшее оборудование подстанций электроснабжения.

Изготавливаются эти приборы в однофазном и трехфазном исполнении, имеющие две и три обмотки.

Поскольку показатель экономичности трансформаторов трехфазного исполнения значительно выше, чем у групп, составленных из однофазных аппаратов, то трансформаторы трехфазного исполнения получили большее распространение.

Силовые трансформаторы, составного типа используются только там, где присутствуют значительные мощности и напряжения (выше 500 кВ). Делается это для снижения веса с целью упрощения транспортировки от завода-изготовителя к месту монтажа. Трансформаторы же однофазного исполнения используются, кроме всего прочего, для тяговых подстанций железных дорог.

Все подобные приборы выпускаются с мощностями, десятично кратными значениям 1; 1.6; 2.5; 4; 6.3 кВ*А. В основе конструкции таких агрегатов лежит их активная часть, которая состоит из магнитопровода, на котором находятся обмотки высокого и низкого напряжения.

Магнитопровод набирается из тонких листов специальной стали, имеющих жаропрочное изоляционное покрытие. Сердечник стягивается болтами и шпильками.

Кроме того, практически все силовые трансформаторы снабжаются переключающим устройством, служащим для изменения пределов напряжения с целью повышения экономичности работы потребителя. Такие переключатели выполняются двух типов:

• Для переключения под нагрузкой;
• Для переключения с отключением нагрузки.

Напряжение питания и нагрузка подключаются к трансформатору посредством выводов. В трансформаторах сухого типа выводы собраны в клеммной колодке и имеют вид болтовых соединений, либо выполняются, как плоские контакты, располагающиеся либо внутри, либо снаружи корпуса, который выполняется съемным.

Масляные же агрегаты имеют только внешние выводы, находящиеся сверху или по бокам бака трансформатора. Выводы, помимо всего, подразделяются по конструкции на следующие типы:

1. Имеющие главную изоляцию покрышки из фарфора;
2. Выводы в маслобарьерной изоляции;
3. С изоляторами проходного конденсаторного типа;
4. Имеющие бумажно-масляную изоляцию;
5. Выводы, имеющие полимерную RIP-изоляцию;
6. Элегазовая изоляция выводов.

Все трансформаторы, так же, подразделяются по способу соединения обмоток на высокой и низкой стороне:

• Звезда-звезда с заземленной нейтралью;
• Звезда-треугольник;
• Треугольник-звезда.

Поскольку во время работы трансформаторов (имеющих масляное охлаждение) появляются вода и шлам, то практически все приборы мощностью от 160 кВА оснащаются устройством, способным непрерывно регенерировать масло.

Эти устройства бываю термосифонными и адсорбционными. Первые устанавливаются прямо на баке агрегата. Устройства адсорбционного типа монтируют на отдельном фундаменте.

Регенерация в устройствах обоих видов происходит благодаря используемому в них сорбенту, которым, как правило, является силикагель в виде гранул.

Как обозначаются трансформаторы

Система обозначения этих агрегатов состоит из следующих групп:

1. Назначение прибора (этой группы может не быть) А — означает, что это автотрансформатор Э – электропечной.

2. Фазность О – однофазный прибор Т – прибор трехфазного типа.

3. Расщепленность обмоток (иногда отсутствует) Р – обмотка низкого напряжения расщеплена.

4. Тип охлаждения.

4.1. приборы сухого типа С – естественного типа воздушное открытого исполнения СЗ – воздушное естественного типа в защищенном исполнении СГ – естественное воздушное в защищенном исполнении СД – воздушное охлаждение с дутьем.

4.2. масляные агрегаты М – масляное естественного типа МЗ – масляное естественного типа с защитой в виде азотной подушки (без расширителя) Д – масляного охлаждения с дутьем естественной циркуляцией ДЦ – охлаждение масляного типа с дутьем и принудительной циркуляцией Ц – охлаждение масляно-водяного типа с принудительной циркуляцией.

5. особенности конструкции (8 типов, может не указываться в обозначении).

6. Назначение прибора (7 типов, может не указываться в обозначении).

Трансформаторы малой мощности

Кроме мощных силовых трансформаторов, применяемых для электроснабжения крупных объектов, существуют и приборы, имеющие малую мощность, используемые для питания бытовых и радиоприборов. Агрегаты малой мощности, в большинстве своем, однофазного исполнения (хотя есть и трехфазные варианты). Охлаждение таких приборов, как правило, воздушного типа. Делятся эти приборы следующим образом:

• Приборы стержневого типа;
• Броневые;
• С тороидальным сердечником.

Большая часть трансформаторов малой мощности, как правило, выполняется в броневом исполнении. Однако, приборы стержневого и тороидального типа, так же, находят немалое применение.

Приборы трехфазного исполнения малой мощности, обычно, выполняются в стержневом исполнении, либо из пластин Ш-образного или прямоугольного типа.

Катушки таких приборов имеют обмотки, выполненные из провода небольшого диаметра, что позволяет в качестве основы для них использовать каркас, изготовленный из штампованного пластика, либо склеенный из электрокартона. На такой каркас и наматываются катушки маломощных трансформаторов.

Каркасы таких приборов, так же, выполняются из текстолита или гетинакса. Кроме того, катушки маломощных приборов пропитываются специальным изолирующим лаком. Это поднимает прочность изоляции, электрическую прочность и является влагозащитным средством.

Перед тем, как пропитывать обмотку, ее предварительно просушивают несколько часов температурой порядка 110 градусов. После пропитки обмотка снова подвергается сушке при такой же температуре в течение до восьми часов. Сердечники таких трансформаторов выполняются из листовой стали электротехнического типа. Выбирается материал для сердечника исходя из предназначения прибора, частоты тока в сети и тех.условий задания.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Источник: http://podvi.ru/elektrotexnika/silovye-transformatory.html