Трансформаторы силовые: назначение, конструкция и принцип работы

Типы силовых трансформаторов

Трансформаторы используются в электротехнике для преобразования переменного тока из одного напряжения в другое посредством электромагнитной индукции, с сохранением неизменной частоты при минимальных мощностных потерях.

Существуют различные типы трансформаторов по количеству фаз, числу обмоток, типу изоляции и виду охлаждения. Распространенная классификация устройств основана на том, куда погружается магнитная система (сердечник), то есть, по типу охлаждения. В этом случае выделяют трансформаторы:

• Масляные – погружение сердечника происходит в трансформаторное масло с диэлектрическими свойствами (оно находится в корпусе прибора)
• Сухие – в обмотку заливается эпоксидная смола
• Жидкостные – в качестве охлаждающей среды используются различные органические жидкости, то есть негорючие диэлектрики

Охлаждение для всех трех видов трансформаторов имеет свои нюансы. Для вашего удобства мы свели их в таблицу:

Среди этих трех типов наиболее популярны последние. Почему – об этом вы можете прочесть здесь, в одном из наших материалов. Мы же расскажем об основных критериях классификации трансформаторов по типам и чуть подробнее остановимся на сухих разновидностях.

Основные параметры классификации трансформаторов

• Тип охлаждения

О нем мы частично упомянули выше. Видов охлаждения несколько:

• М – масляное
• Д – охлаждение в масляной среде + воздушное дутье
• Ц – масляное охлаждение с принудительной циркуляцией
• С – воздушное охлаждение (то есть, «сухие» трансформаторы)

Маркировка типов трансформаторов расшифровывается следующим образом:

• Буквенное обозначение – кол-во фаз, тип охлаждения, число обмоток и вид переключения ответвлений. Также могут быть дополнительные буквенные маркировки, говорящие о специальных особенностях конкретного трансформатора
• Номинальная мощность + класс напряжения
• Последние 2 цифры года выпуска рабочих чертежей конкретного трансформатора
• Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69

Далее мы перечислим другие основные параметры классификации:

• Климатическое исполнение

Прибор бывает наружный или внутренний

• Конструктивное исполнение и характер работы

На этом параметре стоит остановиться более подробно:

1. Автотрансформаторы – одна обмотка с несколькими отводами, переключение между которыми позволяет получить разные показатели напряжения.
2. Импульсные – преобразовывают импульсный сигнал незначительной продолжительности (около десятка микросекунд) с минимальным искажением.
3. Разделительные – между первичной и вторичной обмоткой электрической связи нет, присутствует гальваническая развязка между входными и выходными цепями.
4. Пик—трансформатор – применяется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров

• Количество фаз

Трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные.

• Количество обмоток

2-х и 3-х обмоточные с расщепленной обмоткой или без неё

По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н).

Понижающие (для низкого напряжения из высоковольтных линий) и повышающие (соответственно, наоборот)

• Уровень напряжения

Высоковольтный, низковольтный, высокопотенциальный

• Форма магнитопровода

Стержневой, тороидальный, броневой

Всего выделяют 6 групп трансформаторов:

• 1-я группа (изделия с мощностью до 100 кВА)
• 2-я группа (диапазон мощности от 160 до 630 кВА)
• 3-я группа (от 1000 до 6300 кВА)
• 4-я группа (показатель мощности выше 10000 кВА)
• 5-я группа (все трансформаторы с мощностью выше 40000 кВА)
• 6-я группа (мощность от 100000 кВА)

Среди дополнительных критериев классификации стоит отметить наличие/отсутствие:

• Наличие/отсутствие регулятора выходного напряжения.
• Без расширителей, с азотной подушкой для защиты

Сухие трансформаторы

Несмотря на то, что масляные трансформаторы пользуются большой популярностью, широко востребованы силовые трансформаторы и сухого типа, в частности:

• Силовые трехфазные с литой изоляцией ТСЛ (ТСГЛ) и ТСЗЛ (ТСЗГЛ)
• Силовые трехфазный ТС и ТСЗ
• Сухие ТС и ТСЗ
• Трансформаторы собственных нужд (сухого типа) ТСКС

Назначение трехфазных сухих трансформаторов с воздушным охлаждением – преобразование электроэнергии в электросетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Предельная мощность сухих трансформаторов – 2500 кВА.

Такие трансформаторы монтируются на производстве и в общественных зданиях – на любых объектах, где действуют повышенные требования в области пожарной безопасности, взрывозащищенности и экологичности, то есть, где использование масляного трансформатора является потенциальным риском. Единственное неудобство от сухих приборов – повышенный шум при работе.

с чего начать? / Статьи и обзоры / Элек.ру

При выборе силового трансформатора не стоит ограничивать себя таблицей основных показателей устройства. Все «за» и «против» должны в этом вопросе иметь максимальное количество точек соприкосновения, т.е. тех факторов, с которыми придется столкнуться в ходе работы рабочему персоналу, обслуживающего трансформатор. Компания ДКС предлагает ознакомиться с некоторыми из них и понять, какие именно станут решающими аргументами в пользу выбора того или иного силового трансформатора.

На что следует обращать внимание при выборе трансформатора

При выборе силового трансформатора необходимо обратить внимание на его нагрузку и область применения. Но чтобы решить задачу, следует правильно поставить вопрос. В данном случае их основных будет три:

1. Мощность выбранного трансформатора является достаточной для того, чтобы справляться с предполагаемой нагрузкой, так же, как и с определенной величиной перегрузки?
2. Возможно ли увеличение номинальной мощности трансформатора при возможном увеличении нагрузки?
3. Срок службы трансформатора? Стоимость трансформатора, стоимость монтажа, пусконаладки и обслуживания?

Если эти вопросы все еще остались открытыми, то предлагаем воспользоваться конфигуратором ДКС, специально разработанный специалистами компании для решения подобных задач.

Рассмотрим факторы подробнее

Стоимость силового трансформатора и его номинальная мощность связаны с перечнем оценочных факторов:

При выборе силового трансформатора необходимо определить:

• первичное напряжение
• вторичное напряжение (необходимое для питаемого оборудования)
• частота (в Гц) и фазы (одно- или трехфазные?)
• нагрузка в кВА; с учетом возможного дальнейшего роста
• где именно будет установлен силовой трансформатор?
• необходим ли нестандартный трансформатор?

1. Область применения трансформатора

От сферы применения зависит вид нагрузки (амплитуда, продолжительность и распространение нагрузок с линейными и нелинейными характеристиками). Если стандартные параметры не соответствуют требованиям специального применения, тогда следует обратиться к производителю, чтобы он изготовил трансформатор с желаемыми эксплуатационными характеристиками, размерами и другими показателями. К слову, сделать это могут не все на нашем рынке, либо ценник будет изрядно кусаться.

2. Тип изоляции (с жидким диэлектриком или сухая)

При выборе типа изоляции необходимо обратить внимание на следующие преимущества и недостатки:

Безопасность

Применение в силовом трансформаторе литой изоляции позволяет обеспечить высокий уровень пожаробезопасности. Токсичность выделяемых газов при горении (F1).

Легкость обслуживания

Так как в сухих трансформаторах в качестве охлаждающего элемента выступает воздушный поток, который возобновляется непрерывно, то необходимость чистки и замены масла (как в масляном трансформаторе) исключается. Следовательно, сервисного обслуживания во время срока службы не требуется, как и устранения загрязнения вследствие утечек трансформаторного масла.

Малые весогабаритные характеристики

Применение литой обмотки в сухих трансформаторах дает возможность в тех же габаритах получить трансформаторы для использования в сетях с более высоким уровнем напряжения.

Простота эксплуатации

Обмотки трансформатора изолированы при помощи специального диэлектрического лака, который обеспечивает стабильную работу устройства с высоким коэффициентом магнитной индукции. Это дает возможность установки трансформатора рядом с низковольтным оборудованием внутри помещений. Уменьшение магнитной нагрузки, а также применение системы шихтовки Step-lap с двойным лазерным срезом для стали сердечника послужили снижению уровня шума и потери холостого хода.

Стойкость к атмосферным воздействиям

Учитывая расположение РФ сразу в нескольких климатических зонах, трансформаторы ДКС разработаны под УХЛ с нижним значением температуры при транспортировании, хранении и эксплуатации до −65 ºС. Для усиления механической прочности каждый слой обмотки армируется ВН сеткой из стекловолокна с двух сторон. А благодаря стальному кожуху степень пылевлагозащиты трансформатора достигается IP23-IP31, обеспечивая тем самым стабильную работу оборудования в местах с высокой влажностью (E2).

Сухой трансформатор

В первую очередь сухие трансформаторы с литой изоляцией применяются в местах, где особое значение имеет высокий уровень безопасности людей, оборудования и окружающей среды. Благодаря отсутствию в конструкции поддерживающих горение материалов, трансформаторы ДКС могут быть установлены непосредственно в помещении и не требуют строительства отдельно стоящих трансформаторных подстанций. Это позволяет размещать трансформаторы вблизи центра нагрузки, что в результате значительно уменьшает потери электроэнергии посредством оптимизации цепей низкого напряжения в схеме электроснабжения.

Трансформаторы с жидким диэлектриком. Температурные факторы

Масло в трансформаторах с жидким диэлектриком используется как изолирующая, так и охлаждающая среда. Конструкция обмоток предопределяет собой цилиндрическую форму. Между слоями обмотки устанавливаются распорки, что позволяет жидкости циркулировать между обмотками и сердечником и тем самым охлаждать трансформатор.

Трансформаторы с изоляцией сухого типа. Температурные факторы

В трансформаторах сухого типа изоляция обеспечивает электрическую прочность диэлектрика и его возможность противостоять более высоким температурам в сравнении с масляными трансформаторами, в зависимости от класса используемого изоляционного материала. В трансформаторах ДКС применяется изоляция класса F.

Классификация изоляционного материала

3. Выбор материала для обмоток

Для изготовления обмоток силовых трансформаторов используется медь или алюминий. Силовые трансформаторы с алюминиевыми обмотками имеют низкую себестоимость и по своим характеристикам мало чем отличаются от обмоток с медным проводником. Тем не менее, трансформаторы с медными обмотками немного компактнее, медь лучше проводит ток. Важно понимать какой именно материал обмоток подойдет для ваших конкретных требований. Компания ДКС может предложить трансформаторы как с алюминиевыми, так и с медными обмотками.

4. Внешние факторы (условия окружающей среды)

Необходимо обратить особое внимание на защиту трансформатора (сердечник, обмотки, вводы /выводы и вспомогательное оборудование) при эксплуатации в суровых условиях окружающей среды. В трансформаторы с жидким диэлектриком должны иметь герметичную конструкцию, для защиты внутренних компонентов. Основная проблема трансформаторов с жидким диэлектриком коррозии, избежать ее можно только при использовании баков из нержавеющей стали. Сухие трансформаторы с литой изоляцией имеют степень защиты от влаги и пыли IP00. Для агрессивных условий окружающей среды компания ДКС разработала трансформаторы под УХЛ с нижним значением температуры при транспортировании, хранении и эксплуатации до −65 °С. Благодаря защитному кожуху степень пыле-влагозащиты трансформатора достигается IP23-IP31, обеспечивая тем самым стабильную работу оборудования в местах с высокой влажностью (E2).

5. Переключатели входного напряжения

Выходное напряжение трансформатора может измениться, если будет изменяться входное напряжение. Трансформаторы, подключенные к электрической сети, зависимы от ее напряжения. При изменении в работе электрической сети либо при подключении к ней новых нагрузок, входное напряжение к вашему оборудованию может понизиться или возрасти. Для компенсации напряжения, трансформаторы оборудуют переключателями напряжения без нагрузки (ПБВ), иногда РПН (под нагрузкой). Эти устройства состоят из ответвлений или выводов, соединенных в разных местах и с первичными обмотками. В трансформаторах с жидким диэлектриком переключатель ПБВ находиться непосредственно в баке трансформатора и для переключения напряжения необходимо соответственно снять крышку с бака трансформатора тем самым нарушив герметичность. В отличие от трансформаторов с масляным диэлектриком ПБВ располагается на обмотках высокого напряжения и разбора трансформатора не требует.

6. Перегрузка

Работа трансформатора может повлечь за собой его перегрузку. Что может последовать за перегрузкой и может ли трансформатор выдержать перегрузку без развития проблем и возникновения замыканий? Решением данного вопроса может послужить достаточная теплоотдача. При перегрузке трансформатора на 20% сверх допустимой номинальной мощности на протяжении определенного времени, тепло выделенное обмотками может быть выведено из трансформатора в зависимости от продолжительности перегрузки. При циркуляции теплообмена вероятность короткого замыкания не велика. Но, определенно, может пройти такой период времени, после которого трансформатор не может оставаться в состоянии перегрузки. Трансформатор неизбежно начнет перегреваться и может вызвать серьезные проблемы, постепенно создавая условия для возникновения короткого замыкания и отключения подачи энергии. В трансформаторах с жидким диэлектриком охлаждение происходит за счет масла. В сухих трансформаторах с литой изоляцией охлаждение происходит за счет циркуляции воздуха (в данном случае увеличить скорость теплообмена можно с помощью принудительной вентиляции). На заметку: в трансформаторах ДКС принудительная вентиляция увеличивает номинальную мощность на 40%.

7. Размещение силовых трансформаторов рядом с нагрузкой

Сокращение расстояния низковольтной линии между силовым трансформатором и основной нагрузкой полезны по нескольким причинам:

• снижение потерь энергии и меньшего падения напряжения;
• снижается стоимость низковольтной линии электропередач до потребителя.

Необходимо помнить то, что установка масляного трансформатора в помещении имеет ограничения. Установка сухого трансформатора не имеет ограничений и не требует согласования.

8. Дополнительные аксессуары

Нужно помнить, что все дополнительные аксессуары устанавливаются в случае индивидуальной необходимости и увеличивают конечную стоимость проекта.

Например:

• крюки для перемещения;
• принудительная вентиляция;
• защитный кожух IP23-IP31;
• виброопоры.

Сферы применения силовых трансформаторов

Силовым трансформатором является аппарат электрический, главная функция которого – это преобразование электричества из энергии одного значения напряжения в энергию, которая имеет другое назначение. Такие трансформаторы делятся на несколько групп:

• исходя их количества фаз, они бывают трехфазные и однофазные;
• они имеют разное количество обмоток и бывают трехобмоточные и двухобмоточные;
• в зависимости от того, в каком месте их устанавливают, они бывают наружной установки и внутренней;
• различные они и по назначению. Одни понижающие, а другие повышающие.

Стоит отметить, что это еще не все разграничения. Силовые трансформаторы отличаются в зависимости от способа охлаждения и исходя из группы обмотки.

Любой трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции. При обмотке трансформатора подключается источник переменного тока, именно по этой обмотке и протекает переменный ток, он и создает в магнитопроводе устройства переменный магнитный поток. При замыкании в магнитопроводе этот поток индуктируется силу, которая называется электродвижущей. При чем, происходит это в другой обмотке. Это говорит о том, что все обмотки устройства связаны между собой связью, называемой магнитной.

Такие трансформаторы стали просто незаменимы во многих сферах. Таковой сферой, в первую очередь, являются промышленные предприятия, а также линии электропередачи железнодорожных путей. Словом, урбанистический пейзаж каждого города обязательно дополняется силовыми трансформаторами.

Такие трансформаторы создаются для того, чтобы передавать и распределять энергию электричества. Для этого строят подстанции, которые и распределяют энергию между домами, фабриками, заводами.

Существуют преобразовательные трансформаторы, которые применяются для того, чтобы обеспечивать нужную схему включения вентилей в устройствах преобразовательных. Кроме того, они согласовывать напряжение на входе и выходе этого устройства.

Для технологических целей также применяют такие силовые устройства. Так, их используют при сварке или в качестве питания электротермических установок.

Они необходимы также для того, чтобы включать электроизмерительные приборы и некоторые аппараты. Это нужно для того, чтобы расширить пределы измерения в электромагнитных цепях и обеспечить при этом электробезопасность.

Кроме того, и для телевизионной и радио аппаратуры тоже используют силовые трансформаторы в качестве питания. Благодаря этому устройству удается согласовать напряжение, разделить электрические цепи при необходимости.

Стоит отметить еще один важный вид трансформаторов – это сухие. Они созданы для того, чтобы работать в помещениях, которые имеют умеренный климат, при этом, температура может быть от плюс сорока градусов до минус сорока пяти градусов, а влажность воздуха 75 процентов даже при пятнадцати градусов. Устанавливать такие трансформаторы нужно не более тысячи метров над уровнем моря.

• Трансформаторы ТСЗГЛ отличаются тем, что они без кожуха, у них есть выводы ВН и НН, для того, чтобы была возможность подключать гибкими шинами или кабелем.
• ТСЗГЛ имеют вывод ВН внутри кожуха, а вот выводы НН либо выводятся на крышу трансформатора, либо находятся внутри кожуха для того, чтобы подсоединяться кабелем.
• ТСЗГЛ и ТСЗГЛФ создаются с выводами вида НН, они обычно располагаются сбоку кожуха. При этом, у ТСЗГЛ выводы ВН с помощью кабеля подсоединены внутри кожуха. А вот у ТСЗГЛФ выводятся на фланец для того, чтобы их подсоединять шинами.

Для таких трансформаторов обычно используют специальные обмотки для изоляции, которые имеют кварцевый наполнитель и стеклоткань. Это говорит о том, что исключена возможность возникновения трещин, даже если трансформатор будет перегружен.

Для того, чтобы преобразовывать электроэнергию в сетях энергосистем, для того, чтобы блокировать железные дорогие, питание потребителей электроэнергии, для того, чтобы питать аппаратуры сигнализации существуют однофазные трансформаторы ОМ, ОМП, ОМГ.

Важно сказать также об энергосберегающих трансформаторах ТМГ 12. Это масляное устройство, которое создано для того, чтобы преобразовывать энергию в сетях различных систем энергии, как при наружной, так и при внутренней установке. При чем, используются они при температурах, которые колеблются от минус сорока пяти до сорока градусов. В связи с тем, что энергоресурсы постоянно дорожают, целесообразно экономить энергию. А это значит, что такой энегросберегающий трансформатор придется очень кстати. Еще один масляный трансформатор – ТМГ 21. Благодаря ему удается создать конструкцию, при которой удары токов и короткие замыкания сводятся к минимуму. Это плотная конструкция, которая имеет повышенную стойкость к радиальным усилиям.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы

Масляный трансформатор – электрический агрегат, состоящий из двух или более обмоток. Основная задача этого устройства – преобразование электрического тока. Предельная частота в этом случае не изменяется. Процесс преобразования происходит электромагнитной индукцией.

Трансформаторы – вторичный источник питания. Они обеспечивают подачу энергии от электросети. Масляный тип трансформатора имеет ряд отличий. Их выпускают различных размеров, что делает возможным их размещение в любом помещении и на открытом пространстве. Корпус имеет защиту от негативного влияния внешней среды.

В статье мы рассмотрим, как сделать статичный повышающий трансформатор своими руками для монтажа в бытовую электросеть. В качестве бонуса читатель найдет интересный видеоматериал и обучающее пособие Л.С. Герасимова, А.И. Майорец “Обмотки и изоляция силовых масляных трансформаторов”.

Масляный трансформатор.

Принцип работы

Силовой трансформатор с заливкой масла в своей работе использует маслорасширитель, который компенсирует нагревание масла в процессе эксплуатации. Самой главной частью является воздухоочиститель, который способствует защите от попадания инородных тел в бачок с маслом. Также такой тип трансформатора обязательно должен иметь термометр, определяющий уровень нагрева жидкости. Эти устройства имеют отличные показатели надёжности, что является главным свойством в энергосети.

Принцип работы масляного трансформатора.

Преимуществом масляных трансформаторов перед сухими, является высокая степень защиты внешней обмотки, так же они имеют меньшее реактивное сопротивление.

Эти и многие другие свойства, обеспечивают высокие показатели надёжности, так же они позволяют существенно уменьшить надзор за ними. При хороших условиях трансформаторы такого типа могут прослужить порядка двадцати лет и не разу не требовать технического обслуживания, что безусловно является существенным плюсом в решение о покупке.

По статистике самой часто встречаемой поломкой трансформатора силового масляного типа является перегрев бочка с жидкостью, что вызывает разгерметизацию корпуса трансформатора. Но стоит заметить, что по сравнению с сухими трансформаторами, эту поломку будет не так уж и сложно устранить в сервисном центре.

Силовые трансформаторы масляного типа пользуются огромной популярностью во всём мире. Связано это с их не очень сложным устройством, а чем проще устройство, тем сложнее сломаться. Так же высокая износоустойчивость достигается благодаря погружению обмотки в техническое масло, это обеспечивает высокую степень защиты от внешних факторов.

Критерии выбора оборудования

Существует множество различных аспектов, которые должны быть учтены при использовании силового оборудования. Так на выбор модели трансформатора влияют условия его потенциальной эксплуатации и в частности:

• сфера применения;
• место установки;
• суммарная мощность потребителей.

Рассмотрим специфику выбора с учетом каждого из них. Одним из главных параметров является сфера применения. Ориентируясь на нее нужно определиться с такими характеристиками, как:

• мощность, она должна соответствовать предполагаемым нагрузкам и позволять агрегату справляться с перегрузками;
• возможность эксплуатации прибора при росте нагрузки;
• стоимость и срок службы.

Однако выбирая трансформатор нужно уметь правильно определять его основные параметры:

• первичное и вторичное напряжение;
• частоту тока;
• фазность;
• нагрузку;
• способ расположения;
• особенности размещения.

Промышленный масляный трансформатор.

Но кроме всех, перечисленных характеристик должны учитываться и функционал агрегата, а также его непосредственное назначение. Если предполагается подключение трансформатора к цепи измерительных приборов, то используют соответствующий вид устройства.

Для защиты от скачков в сети выбирают агрегат, не отличающийся высокой точностью, но обладающий необходимыми функциями. Наибольшей популярностью в последнее время пользуются сухие трансформаторы, они часто используются вместо масляных и имеют большое количество плюсов.

Интересно почитать: как собрать катушку тесла самостоятельно.

Конструкция устройства

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения — более низкого или более высокого. Трансформаторы, понижающие напряжение, называют понижающими, а повышающие напряжение — повышающими.

Трансформаторы изготовляют двухобмоточные и трехобмоточные. Последние кроме обмотки НН и ВН имеют обмотку СН (среднего напряжения). Трехобмоточный силовой трансформатор позволяет снабжать потребителей электроэнергией разных напряжений.

Схема устройства масляного трансформатора.

Обмотка, включенная в сеть источника электроэнергии, называется первичной, а обмотка, к которой присоединены электроприемники,— вторичной. В рассматриваемых распределительных устройствах и подстанциях промышленных предприятий применяют трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в 0,23 и 0,4 кВ.

В зависимости от изолирующей и охлаждающей среды различают трансформаторы масляные ТМ и сухие ТС. В масляных основной изолирующей и охлаждающей средой являются трансформаторные масла, в сухих — воздух или твердый диэлектрик.

В специальных случаях применяют трансформаторы с заполнением баков негорючей жидкостью — совтолом. Основой конструкции трансформатора служит активная часть, состоящая из магнитопровода с расположенными на нем обмотками низшего напряжения 3 и высшего напряжения 2 отводов и переключающего устройства.

Магнитопровод, набранный из отдельных тонких листов специальной трансформаторной стали, изолированных друг от друга покрытием, состоит из стержней, верхнего и нижнего ярма. Такая конструкция способствует уменьшению потерь на нагрев от перемагничивания (гистерезис) и вихревых токов.

Соединительные провода, идущие от концов обмоток и их ответвлений, предназначенные для регулирования напряжения, называют отводами, которые изготовляют из неизолированных медных проводов или проводов, изолированных кабельной бумагой либо гетинаксовой трубкой.

Интересный материал для ознакомления: полезная информация о трансформаторах тока.

Переключающие устройства

Служат для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах, поддерживания номинального напряжения на зажимах вторичной обмотки при изменении напряжения на первичной или вторичной обмотке. С этой целью обмотки ВН трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями, которые подсоединяют к переключателям.

Необходимость регулирования вызвана тем, что в электросистемах возможны различные отклонения от нормального режима электроснабжения, приводящие к неэкономичной работе приемников, преждевременному износу и сокращению сроков их службы.

Особенно чувствительны к повышению напряжения электролампы, радиолампы и лампы телевизоров: срок их службы резко сокращается при систематическом увеличении напряжения. В трансформаторах могут быть два вида переключений ответвлений: под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой) и без нагрузки после отключения трансформатора — ПБВ (переключение без возбуждения). С помощью ПБВ и РПН можно поддерживать напряжение, близким к номинальному во вторичных обмотках трансформаторов.

Переключение осуществляют изменением числа витков с помощью регулировочных ответвлений обмоток, т. е. изменением коэффициента трансформации, который показывает, во сколько раз напряжение обмотки ВН больше напряжения обмотки НН или во сколько раз число витков обмотки ВН больше числа витков обмотки НН. Пределы регулирования вторичных напряжений для разных трансформаторов различны: на ±10% 12 ступенями по 1,67% или 16 ступенями по 1,25% с помощью РПН; на ±5% четырьмя ступенями по 2,5% с помощью ПБВ.

Устройство и назначение бака 

В  него  погружена активная часть, представляет собой стальной резервуар овальной формы, заполненный трансформаторным маслом. Масло, являясь охлаждающей средой, отводит теплоту, выделяющуюся в обмотках и магнитопроводе, и отдает ее в окружающую среду через стенки и крышку бака. Кроме охлаждения активной части трансформатора масло повышает степень изоляции между токоведущими частями и заземленным баком.

Для увеличения поверхности охлаждения трансформатора баки изготовляют ребристыми, вваривают в них трубы или снабжают съемными радиаторами (только у трансформаторов мощностью до 25 кВ-А стенки бака гладкие). Радиаторы присоединяют к стенкам бака патрубками со специальными радиаторными кранами. У верхнего торца бака к его стенкам приваривают раму из угловой или полосовой стали, к которой крепят крышку на прокладках из маслоупорной резины.

В нижней части бака всех типов трансформаторов имеется кран для взятия пробы и слива масла, а в его днище (в трансформаторах мощностью выше 100 кВ-А) — пробка для спуска осадков после слива масла через кран. Второй кран устанавливают на крышке бака, через который заливают в него масло. Оба крана служат одновременно для присоединения к ним маслоочистительных аппаратов.

К дну баков трансформаторов массой выше 800 кг приваривают тележку с поворотными катками, конструкция крепления которых позволяет изменять направление передвижения трансформаторов с поперечного на продольное. Для подъема трансформатора на баке имеется четыре кольца-рыма.

Активная часть поднимается за скобы в верхних консолях магнитопровода. На крышке бака размещены вводы, расширитель и защитные устройства (выхлопная предохранительная труба, реле давления, газовое реле, пробивной предохранитель). К стенкам бака приваривают подъемные крюки, прикрепляют манометрический сигнализатор (у трансформаторов мощностью свыше 1000 кВ- А) и устанавливают фильтры.

Схема работы трансформатора.

Расширитель

Расширитель имеет цилиндрическую форму, закрепляется на кронштейне, установленном на крышке 6 трансформатора, и сообщается с баком трансформатора трубопроводом, не выступающим ниже внутренней поверхности крышки трансформатора и заканчивающимся внутри расширителя выше его дна во избежание попадания осадков масла в бак 1. Внутренняя поверхность расширителя имеет защитное покрытие, предохраняющее масло от соприкосновения с металлической поверхностью и расширитель от коррозии. В нижней части расширителя имеется пробка для слива масла из него.

Объем расширителя определяют так, чтобы уровень масла оставался в его пределах как летом при 35 °С и полной нагрузке трансформатора, так и зимой при минимальной температуре масла и отключенном трансформаторе. Обычно объем расширителя составляет 11 —12% объема масла в баке трансформатора.

Для наблюдения за уровнем масла на боковой стенке расширителя устанавливают маслоуказатель, выполненный в виде стеклянной трубки в металлической оправе. Емкость расширителя должна обеспечивать постоянное наличие в нем масла при всех режимах работы трансформатора от отключенного состояния до номинальной нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха, причем при допустимых перегрузках масло не должно выливаться.

Масляный трансформатор.

В герметичных масляных трансформаторах и трансформаторах с жидким негорючим диэлектриком поверхность масла защищают сухим азотом, а в заполненных совтолом -10 — сухим воздухом. Негерметичные масляные трансформаторы мощностью 160 кВ- А и более, в которых масло в расширителе соприкасается с окружающим воздухом, имеют термосифонный или адсорбционный фильтр, а трансформаторы мощностью 1 мВ • А и более с естественным масляным охлаждением и азотной подушкой — термосифонный фильтр (кроме трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком).

Масляные трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более с расширителем снабжают защитным устройством, предупреждающим повреждение бака при внезапном повышении внутреннего давления более 50 к Па. К защитным устройствам относят выхлопную трубу со стеклянной диафрагмой и реле давления. Масляные трансформаторы и трансформаторы с жидким диэлектриком с азотной подушкой без расширителя имеют реле давления, срабатывающее при повышении внутреннего давления более 75 кПа.

Нижний конец выхлопной трубы соединяют с крышкой бака, а на верхний ее конец устанавливают тонкую стеклянную мембрану (от 2,5 до 4 мм) диаметром 150, 200 и 250 мм, которая разрушается при определенном давлении и дает выход газу и маслу наружу раньше, чем произойдет деформация бака.

Реле давления размещают на внутренней стороне крышки трансформатора. Основными его элементами являются ударный механизм и стеклянная диафрагма. При достижении определенного давления в баке механизм срабатывает, разбивает диафрагму и обеспечивает свободный выход газам.

Трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более, имеющие расширитель, снабжают газовым реле, которое реагирует на повреждения внутри бака трансформатора (электрический пробой изоляции, витковое замыкание, местный нагрев магнитопровода), сопровождающиеся выделением газа или резким увеличением скорости перетекания масла из бака в расширитель. Основные характеристики силовых масляных трансформаторов представлены в таблице ниже.

Основные характеристики силовых масляных трансформаторов.

Выделение газообразных продуктов происходит в результате разложения масла и других изоляционных материалов под действием высокой температуры, возникающей в месте повреждения. На этом явлении основана работа газовой защиты трансформатора от внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газов при их утечке, утечке масла и попадании воздуха в бак.

Основной элемент этой защиты — газовое реле, устанавливаемое обычно на трубопроводе, который соединяет расширитель с баком, имеющим наклон к горизонтали от 2 до 4 В газовом реле имеются две пары контактов для работы на сигнал или отключение.

Здесь можно почитать об устройстве силового трансформатора и сфере его применения.

Защита трансформатора

Пробивные предохранители служат для защиты от пробоя обмоток ВН на обмотки НН. Устанавливают их на крышке бака и подсоединяют к нулевому вводу НН, а при напряжении 690 В — к линейному вводу. При пробое изоляции между обмотками ВН и НН промежуток между контактами, в котором проложены тонкие слюдяные пластины с отверстиями, пробивается и вторичная обмотка оказывается соединенной с землей.

Заземление масляного трансформатора.

Для заземления трансформаторов служит специальный заземляющий контакт с резьбой не менее Ml2, расположенный в доступном месте нижней части бака со стороны НН и обозначенный четкой несмывающейся надписью «Земля» или знаком заземления.

Поверхность заземляющего контакта должна быть гладкой и зачищенной; заземление осуществляют подсоединением стальной шины сечением не менее 40><4 мм.

Для измерения температуры масла на трансформаторах монтируют ртутные термометры со шкалой от 0 до 150° С или термометрические сигнализаторы ТС со шкалой от 0 до 100° С. Последние снабжены двумя передвижными контактами, которые можно установить на любую температуру в пределах шкалы.

Первый контакт, будучи включенным в сигнальную цепь, при определенной температуре масла дает сигнал; в случае дальнейшего повышения температуры масла второй контакт, соединенный с реле, отключает трансформатор. На трансформаторах мощностью 6300 кВ * А и выше установлены термометры сопротивления.

Для сушки и очистки увлажненного и загрязненного воздуха, поступающего в расширитель при температурных колебаниях масла, все трансформаторы снабжены воздухоочистительным фильтром — воздухоосушителем, который представляет собой цилиндр, заполненный силикагелем и размещенный на дыхательной трубке расширителя.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные функции масляных  трансформаторов и их устройство. Больше информации о них можно узнать в учебном пособии Л.С. Герасимова, А.И._Майорец “Обмотки и изоляция силовых масляных трансформаторов”.

Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

Предыдущая

ТрансформаторыЧто такое разделительные трансформаторы

Следующая

ТрансформаторыНеобходимые условия для выполнения параллельной работы трансформаторов

СЗТТ :: Силовые трансформаторы

ГОСТ 9680-77 Трансформаторы силовые мощностью 0,01 кВ·А и более. Ряд…

ГОСТ 9680-77

Группа Е64

Дата введения 1979-01-01

РАЗРАБОТАН Всесоюзным научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом трансформаторостроения (ВИТ)

Директор И.Д.Воеводин

Руководитель темы Л.И.Винтюк

Исполнитель В.Н.Красильников

ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности

Зам. министра Ю.А.Никитин

ПОДГОТОВЛЕН К УТВЕРЖДЕНИЮ Всесоюзным научно-исследовательским институтом по нормализации в машиностроении (ВНИИНМАШ)

Директор В.А.Грешников

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 27 октября 1977 г. N 2511

ВЗАМЕН ГОСТ 9680-61

1. Настоящий стандарт распространяется на трехфазные и однофазные силовые трансформаторы и автотрансформаторы мощностью от 0,01 кВ·А и выше, включая трансформаторы, предназначенные для экспорта, и устанавливает для них ряд номинальных мощностей.

Стандарт не распространяется на трансформаторы для питания радиотехнических и электронных устройств, трансформаторы для питания бытовых электроприборов и измерительные трансформаторы, однако и для этих трансформаторов, когда это возможно, рекомендуется руководствоваться требованиями, установленными настоящим стандартом.

Термины, применяемые в настоящем стандарте, — по ГОСТ 16110-70 и ГОСТ 19294-73.

Стандарт в части регламентации номинальных мощностей соответствует Публикации МЭК N 76-1 (1976 г.) и рекомендациям СЭВ по стандартизации PC 676-66 и PC 2592-70.

2. Номинальные мощности трехфазных трансформаторов должны выбираться из следующего ряда кВ·А:

Примечание. Указанные в скобках номинальные мощности должны приниматься только для специальных трехфазных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для экспорта.

3. Номинальные мощности однофазных трансформаторов, предназначенных для работы в трехфазной группе, должны составлять одну треть номинальных мощностей, указанных в п.2. Для однофазных трансформаторов, не предназначенных для такого применения, значения номинальных мощностей должны приниматься как для трехфазных.

4. Для трансформаторов, работающих в блоке с генераторами мощностью свыше 160000 кВ·А, допускается по согласованию между потребителем и изготовителем, устанавливать мощность, отличающуюся от указанной в п.2.

Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1977

Силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кв области применения разных схем соединения обмоток

Отсутствие у изготовителей и заказчиков определенного представления принципиальных отличий свойств силовых трансформаторов с малой мощностью и разными схемами соединения обмоток ведет к их неправильному использованию. При этом некорректный выбор схемы соединения обмоток ухудшает технические показатели электрических установок и понижает качество электроэнергии, а также приводит к возникновению серьезных аварий.

Это отмечают проектировщики из Нижнего Новгорода Алевтина Ивановна Федоровская и Владимир Семенович Фишман. Они в своем материале делают акцент на разнице в реакции трансформаторов на несимметричные токи, которые
содержат составляющую нулевой последовательности.

Схемы соединения обмоток и свойства трансформаторов

В соответствии с ГОСТ 11677-85 [1] силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ мощностью от 25 до 250 кВА могут изготавливать с такими схемами соединения обмоток:

• «звезда/звезда» – Y/Yн;
• «треугольник–звезда» – D/Yн;
• «звезда–зигзаг» – Y/Zн.

Ключевое отличие технических характеристик трансформаторов с разными схемами соединений обмоток — различная реакция на несимметричные токи, которые содержат составляющую нулевой последовательности. В основном это однофазные сквозные короткие замыкания и рабочие режимы с неравномерной загрузкой фаз.

Известно, что силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ имеют трехстержневой стальной сердечник, с расположенными там первичной и вторичной обмотки фазы А, В и С. Магнитные потоки трех фаз в симметричных режимах циркулируют в сердечнике трансформатора и не выходят за его пределы.

Что происходит во время нарушения симметрии с
преимуществом нагрузки одной
фазы на стороне 0,4 кВ? Подобные режимы работы исследуются с применением теории симметричных составляющих
[2]. По ней каждый несимметричный режим работы трехфазной сети представлен как геометрическая сумма 3 симметричных составляющих тока и напряжения: составляющие прямой, нулевой и обратной последовательностей.

Максимальная однофазная несимметрия достигается в режиме однофазного короткого замыкания на стороне 0,4 кВ трансформатора со схемой соединения обмоток D/Yн.

Картина токов симметричных составляющих в обмотках в таком режиме показана на рис. 1. В неповрежденных фазах на стороне 0,4 кВ геометрическая сумма трех симметричных составляющих тока приравнена нулю (не учитываем рабочую нагрузку фаз). В поврежденной фазе она достигает максимума и равняется току ОКЗ. Определяется она по формуле:

где U_л – линейное напряжение;

R₁, R₀, X₁, Х₀ – соответственно активные и реактивные сопротивления прямой и нулевой последовательности.

Сопротивления прямой последовательности

Сопротивления прямой последовательности R₁ и X₁ трансформаторов с разными схемами соединения обмоток определяются теми же формулами и имеют несущественные различия:

В каталогах видно, что известные величины в этих формулах Р_кз и U_к почти не зависят от схем соединения обмоток трансформатора, а значит, не влияют на сопротивление прямой последовательности. Сопротивления же нулевой последовательности трансформаторов с различными схемами соединения обмоток имеют принципиальные отличия.

Сопротивления нулевой последовательностивекторов токов и магнитных потоков в трансформаторе со схемой соединения обмоток D/Yн (рис. 2). 

В таких трансформаторах токи прямой, обратной и нулевой последовательностей текут и в первичной, и во вторичной обмотках. В то время как токи нулевой последовательности в первичной обмотке замыкаются внутри нее, не выходя при этом в сеть. Намагничивающие силы или ампер-витки, которые создают токи нулевой последовательности первичных и вторичных обмоток, имеют встречное направление и практически полностью компенсируют друг друга, обуславливая тем самым небольшую величину реактивных сопротивлений трансформатора. А сопротивления прямой и нулевой последовательностей приблизительно равны: R₁ = R₀; Х₁ = Х₀. 

В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Zн в аналогичном режиме ОКЗ токи нулевой последовательности протекают лишь по вторичной обмотке трансформатора, однако магнитного потока нулевой последовательности они не создают, что объясняется особенностью схемы Zн – «зигзаг». 

Эта особенность состоит в том, что на каждом стержне трансформатора расположено по одной вторичной полуобмотке двух разных фаз (рис. 3). В режиме ОКЗ намагничивающие силы, создаваемые токами нулевой последовательности в этих полуобмотках, направлены встречно и друг друга взаимно компенсируют. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке отсутствуют. В таких трансформаторах сопротивления нулевой последовательности оказываются меньше сопротивлений прямой последовательности: R₀ < R₁; Х₀ < Х₁.

Рис. 1. Токи симметричных составляющих в обмотках трансформатора в режиме однофазного короткого замыкания

I_A21, I_A22, I_A20, I_B21, I_B22, I_B20, I_C21, I_C22, I_C20 – токи фаз А, В, С прямой, обратной и нулевой последовательностей вторичной обмотки;

I_A11, I_A12, I_A10, I_B11, I_B12, I_B10, I_C11, I_C12, I_C10 – токи фаз А, В, С прямой, обратной и нулевой последовательностей первичной обмотки.

Рис. 2. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток D/Yн

Рис. 3. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Zн 

Из формулы (1) следует, что это обеспечивает большую величину тока ОКЗ у трансформаторов со схемами Y/Zн по сравнению с трансформаторами со схемами D/Yн. 

Альтернативой трансформаторам со схемой Y/Z являются трансформаторы ТМГсу со схемой Y/Yn-0 со специальной встроенной симметрирующей обмоткой (СУ). Устройство было разработано кафедрой электроснабжения сельского хозяйства БАТУ, УП МЭТЗ им. В.И. Козлова и Минскэнерго, и теперь является неотъемлемой частью трансформатора со схемой У/Ун.

Симметрирующее устройство представляет собой отдельную обмотку, уложенную в виде бандажа поверх обмоток высшего напряжения трансформатора со схемой соединения обмоток У/Ун. Обмотка симметрирующего устройства рассчитана на длительное по ней протекание номинального тока трансформатора, т.е. на полную номинальную однофазную нагрузку.

Обмотка симметрирующего устройства включена в рассечку нулевого провода трансформатора из расчета того, что при несимметричной нагрузке и появлении тока в нулевом проводе трансформатора, а также связанного с ним потока нулевой последовательности, поток, создаваемый симметрирующим устройством равный по величине и направленный в противоположном направлении, компенсирует действие потока нулевой последовательности, предотвращая этим самым перекос фазных напряжений.

Схема подсоединения обмотки симметрирующего устройства (СУ) к обмоткам НН: 

Трансформаторы с СУ улучшают работу защиты, повышают безопасность электрической сети. В них резко снижено разрушающее воздействие на обмотки токов при однофазных коротких замыканиях.

СУ значительно улучшает синусоидальность напряжения при наличии в сети нелинейных нагрузок, что крайне важно при питании многих чувствительных приборов, например, эвм, автоматики, телевизоров.

Трансформаторы ТМГ с симметрирующим устройством ТМГсу.

Теперь обратимся к трансформаторам со схемой соединения обмоток Y/Yн. Как известно, в обмотках, соединенных в звезду без выведенной нулевой точки, токи нулевой последовательности протекать не могут. Поэтому в режиме ОКЗ токи этой последовательности протекают только во вторичной обмотке трансформатора. 

Совпадающие по фазе магнитные потоки нулевой последовательности, создаваемые токами вторичной обмотки, выходят за пределы магнитного сердечника и замыкаются через металлический кожух трансформатора (рис. 4). Это определяет значительно большую величину сопротивлений нулевой последовательности таких трансформаторов: R₀ >> R₁; X₀ >> X₁.

Рис. 4. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Yн

Следует отметить, что в отличие от сопротивлений прямой последовательности трансформаторов, которые можно рассчитать, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн расчету не поддаются. Их можно определить только экспериментально. Величина этих сопротивлений во многом зависит от конструкции кожуха трансформатора, от величины зазоров между сердечником и кожухом и т.п. 

Схема замера сопротивлений нулевой последовательности приведена в ГОСТ 3484.1-88 [3]. К сожалению, в этом документе указано, что такие замеры предприятия-производители проводят по просьбе заказчиков. Вероятно, в последние годы таких просьб от заказчиков не поступает, а изготовители эти замеры самостоятельно не производят, считая, что в них нет необходимости. В результате проектировщики при выполнении расчетов пользуются старыми справочными данными. Однако использовать устаревшую информацию надо чрезвычайно осторожно, ведь конструкции современных силовых трансформаторов, в частности кожухов, а также материалы, из которых они изготовлены, существенно изменились. 

Кроме того, имеющиеся на сегодня данные по сопротивлениям нулевой последовательности трансформаторов крайне скудны и противоречивы. Так, согласно замерам УП МЭТЗ им. В.И. Козлова, выполненным много лет назад, реактивные сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн превышают сопротивления прямой последовательности в среднем в 10 раз. В то же время в ГОСТ 3484.1-88 имеется фраза о том, что эти сопротивления могут отличаться на два порядка. И этим сегодня противоречия не исчерпываются[4].

Почему необходимо знать реальные значения сопротивлений?

Реальные значения сопротивлений нулевой последовательности знать необходимо, поскольку они определяют величину тока ОКЗ. Чем больше эти сопротивления, тем меньше ток ОКЗ, соответственно труднее осуществить защиту трансформатора. 

В нормальных режимах работы большие сопротивления нулевой последовательности при неравномерной загрузке фаз трансформатора на стороне 0,4 кВ приводят к ухудшению качества электроэнергии у потребителя. 

Так, если принять R₁ = R₀, X₁ = X₀, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток D/Yн, то получим:

Таким образом, при этих условиях ток ОКЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора будет равен току трехфазного КЗ.
Однако, если R₀>>R₁ и X₀>>X₁, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн, то величина тока ОКЗ оказывается значительно меньше тока трехфазного КЗ, то есть I_{окз3фкз}. Какие при этом могут возникнуть трудности с защитой, особенно если она выполнена со стороны обмотки ВН предохранителями 6(10) кВ, можно показать на конкретном примере.
На рис. 5 изображена схема подключения трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ питания собственных нужд (ТСН) ПС 110/35/6 кВ. На ПС с переменным оперативным током такие трансформаторы устанавливаются на ОРУ и подключаются к воздушному вводу, идущему от силового трансформатора к вводной ячейке ЗРУ-6(10) кВ. Защита трансформатора, включая кабель 0,4 кВ до щита 0,4 кВ, выполняется предохранителями 6 кВ. Токи КЗ в конце защищаемой предохранителями зоны – при вводе на щит 0,4 кВ приведены в табл. 1. Как из нее видно, минимальное значение тока КЗ через предохранители 6 кВ имеет место при однофазном замыкании на стороне 0,4 кВ.

Таблица 1. Токи короткого замыкания в конце защищаемой предохранителями зоны за трансформатором 100 кВА, 6/0,4 кВ, D/Yн при вводе на щит 0,4 кВ

Рис. 5. Схема подключения трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ для питания собственных нужд ПС 110/35/6 кВ

Согласно существующим рекомендациям по условиям отстройки от броска тока намагничивания трансформатора мощностью 100 кВА номинальный ток предохранителей принимается равным I_н.пр = (2 ÷ 3) I_н.тр. В данном случае I_н.пр 2 ·10 А 20. Принимаем I_н.пр = 20 А.

Минимальный отключаемый ток предохранителем типа ПКТ-6 кВ, 20 А согласно каталожным данным составляет I_{мин.откл.пр} = 240 А, что значительно больше токов КЗ, приведенных в табл. 1.

Таким образом, защита предохранителями типа ПКТ 6 кВ оказывается нечувствительной. Более того, при протекании тока КЗ ниже минимально отключаемого, предохранитель не только не защищает оборудование, но и разрушается сам, вызывая аварию.

В качестве защитного аппарата можно рассмотреть возможность использования предохранителей зарубежных фирм, например марки Merlin Gerin. Номинальный ток предохранителя специалисты компании рекомендуют выбирать из условия I_{пр. 0,1с} 12 I_ном.тр.Пользуясь времятоковой зависимостью, приведенной в [5], определяем, что этому условию удовлетворяет предохранитель Fusarc c номинальным током 20 А, минимальный ток отключения которого равен 55 А. Казалось бы, этот предохранитель надежно защищает электрооборудование, т.к. минимально отключаемый им ток меньше минимального тока КЗ: 62 А 55 А. Однако время отключения данным предохранителем тока КЗ, равного 62 А, составляет 7 с. При таком длительном времени необходимо учитывать эффект спада тока, вызванный увеличением активного сопротивления кабеля вследствие его нагрева [6]. В результате спада тока его значение приближается к минимальному току отключения предохранителя –55 А, что делает защиту ненадежной.

Улучшить надежность защиты можно путем применения силового трансформатора 6/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Y/Zн. В этом случае минимальный ток короткого замыкания через предохранители увеличивается до 80 А, а время его отключения предохранителем сокращается до 0,6 с и защита становится достаточно надежной.

Если же в рассмотренном примере будет применен трансформатор со схемой соединения обмоток Y/Yн, то минимальный ток КЗ через предохранители составит лишь 22 А. Очевидно, что защитить электрооборудование предохранителями 6 кВ при таком токе невозможно. Недостатки трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Yн проявляются и в нормальных режимах работы при неравномерной загрузке фаз. Потери напряжения в более загруженной фазе могут резко возрасти по сравнению с менее за-груженными фазами, особенно при большой загрузке трансформатора и низком cos j нагрузки.

Однако означает ли всё вышесказанное, что трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Yн не должны изготавливаться вообще? Представляется, что это не так. Не всегда большая величина сопротивления нулевой последовательности трансформатора является недостатком. Например, при применении трансформаторов более 1000 кВА может возникнуть проблема устойчивости однофазной коммутационной аппаратуры 0,4 кВ к току ОКЗ. В этом случае большая величина сопротивления нулевой последовательности трансформатора со схемой Y/Yн поможет решить эту проблему.

Что же касается защиты таких трансформаторов, то она решается с помощью релейной защиты и выключателя 6(10) кВ, а с низкой стороны – с помощью вводного автомата.

Выводы

Для трансформаторов малой мощности (от 25 до 250 кВА), защищаемых предохранителями со стороны ВН, безусловное преимущество имеет схема соединения обмоток Y/Zн. Несколько меньший эффект дает схема D/Yн. Схему Y/Yн для таких трансформаторов применять не следует.

Схема соединения обмоток трансформаторов Y/Yн может применяться в сравнительно редких случаях для более мощных трансформаторов при необходимости ограничения тока однофазного КЗ с целью повышения устойчивости коммутационной аппаратуры.

Предприятиям-изготовителям силовых трансформаторов следует в обязательном порядке производить замеры их сопротивлений нулевой последовательности.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.

2. Ульянов С.А. Короткие замыкания в электрических системах. – М.: Госэнергоиздат, 1952. – 280 с.

3. ГОСТ 3484.1-88 (СТ СЭВ 1070-78). Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний

4. Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей / Под ред. Большама Я.М., Круповича В.И., Самовера М.Л. и др. – М.: Энергия, 1975. – 696 с.

5. Каталог на предохранители Fusarc Merlin Gerin (стандарт DIN).

6. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.

_________________________________________________________________________________

Компания ООО Энетра Текнолоджиз на правах дилера ОАО МЭТЗ им. В. И. Козлова осуществляет продажу трансформаторов средней мощности. В нашем каталоге вы найдете сухие трансформаторы ТС, ТСЗ и ТСГЛ, масляные трансформаторы ТМ и ТМГ, а также специализированные трансформаторы различного назначения. Мы рады доставить выбранные вами трансформаторы по всей Сибири и СФО. Доставка трансформаторов осуществляется нами не только по СФО, но и по Дальнему Востоку.

Силовые трансформаторы

• Изучив этот раздел, вы сможете описать:
• • Отводы.
• • Силовые трансформаторы с ламинированным и тороидальным сердечником.
• • Изоляция.
• • Автотрансформаторы.
• • Импульсные трансформаторы питания.
• • Неисправности трансформатора.

Рис. 11.3.1 Силовой трансформатор с ламинированным сердечником.

Силовые трансформаторы с ламинированным сердечником

Задача силового трансформатора в электронной системе состоит в том, чтобы обеспечить эту систему несколькими источниками переменного тока различных напряжений и подходящих значений тока от высокого напряжения электросети общего пользования.
Кроме того, может потребоваться электрическая изоляция между электронной схемой и внешним источником питания общего пользования.Типичная конструкция силового трансформатора с многослойным сердечником показана на рис. 11.3.1.

Сердечник из тонкой стальной пластинки E и I используется для уменьшения воздействия вихревых токов. Они зажимаются вместе, и первичная и вторичная обмотки намотаны на каркас, расположенный вокруг центрального плеча сердечника. Обмотки могут быть разделены, как показано, или, часто, для большей эффективности, намотаны концентрически слоями (первичная, вторичная, первичная, вторичная и т. Д.). Трансформаторы часто изготавливаются специально для конкретного приложения или оборудования, в котором они используются.Поэтому для правильной идентификации обмоток может потребоваться ссылка на данные производителя.

Рис. 11.3.2 Принципиальная схема силового трансформатора с ответвлениями
.

Отводы.

Для того, чтобы трансформаторы могли подавать ряд вторичных напряжений в различные части цепи, силовые трансформаторы обычно имеют «ответвленные обмотки». Таким образом, обмотки разделяются на различные секции с использованием ряда соединений, выведенных из одной обмотки, каждое из которых имеет определенное количество витков вдоль обмотки, как показано на схематической диаграмме символов Рис.3.2 ниже.

Это обеспечивает выбор различных соотношений витков между первичной и вторичной обмотками, позволяя использовать разные входные напряжения и получить диапазон различных выходных напряжений.

При использовании обмотки с центральным отводом, например 9V 0V 9V, может быть предоставлен сбалансированный источник питания с двумя равными напряжениями (9V) противоположной полярности или одним источником питания 18V.

Тороидальные силовые трансформаторы

Рис. 11.3.3 Тороидальный силовой трансформатор

Популярная конструкция силовых трансформаторов основана на тороидальном сердечнике, показанном на рис. 11.3.3, (Тороид — это просто сердечник в форме ореха). Такая конструкция обеспечивает отличную связь между первичной и вторичной обмотками, поскольку обе катушки намотаны друг на друга вокруг одного и того же сердечника, а не отдельных обмоток, используемых на сердечниках трансформатора E-I. Потери на вихревые токи в тороидальном сердечнике сохраняются на низком уровне за счет изготовления сердечника из спиральной полосы из стали с ориентированной зернистостью или литья сердечника из материала сердечника феррита с высокой проницаемостью. Конструкция тороидального трансформатора, хотя обычно более дорогая, чем типы с многослойным стальным сердечником E-I-образной формы, тороидальный сердечник обеспечивает меньший и более легкий трансформатор, чем для данной номинальной мощности, вместе с более высоким КПД и меньшей утечкой магнитного поля вокруг трансформатора.

Изоляция.

Одним из преимуществ трансформаторов (кроме автотрансформаторов) является отсутствие электрического соединения между входной цепью, подключенной к первичной обмотке, и выходной цепью, подключенной к вторичной обмотке; поэтому их можно использовать для гальванической развязки двух цепей.

Изолирующие трансформаторы

используются для повышения безопасности пользователей электрического оборудования, такого как наружные электроинструменты, а также для технических специалистов, обслуживающих оборудование, где возможно прикосновение к токоведущим проводам и компонентам, путем обеспечения входных и выходных клемм, которые электрически изолированы от главная цепь.

Большие разделительные трансформаторы обычно способны выдерживать выходную мощность около 250-500 ВА (вольт-амперы) без перегрузки. Их первичная обмотка подключена непосредственно к источнику питания, и для обеспечения выходного напряжения сети (или линии) их соотношение витков составляет 1: 1, как показано на рис. 11.3.4. Они также имеют заземленный металлический экран между первичной и вторичной обмотками для предотвращения прохождения переменного тока электростатическим (емкостным), а также индуктивной связи между двумя обмотками.

Рис. 11.3.4 Разделительный трансформатор сети.

Использование изолирующего трансформатора значительно снижает риск поражения электрическим током человека, одновременно касающегося токоведущего проводника и земли, поскольку вторичная цепь не имеет заземления и, следовательно, не имеет непрерывной цепи для протекания тока. Изолирующий трансформатор НЕ защищает от поражения электрическим током при прикосновении к фазе и нейтрали одновременно.

Изолирующие трансформаторы гораздо меньшего размера используются в оборудовании для передачи голоса и данных, таком как факсимильные аппараты и модемы, где их задача — безопасно изолировать оборудование, которое в условиях неисправности может допускать наличие высокого напряжения на их интерфейсе с телефонной системой общего пользования.Они также используются для согласования импеданса входов и выходов оборудования с полными сопротивлениями телефонных линий.

Рис. 11.3.5 Принципиальная схема Автотрансформатора
.

Автотрансформаторы.

Это трансформатор особого типа, имеющий только одну обмотку. Он часто используется для преобразования между различными сетевыми (линейными) напряжениями, что позволяет использовать электрическое оборудование во всем мире. Одиночная непрерывная обмотка разделена на несколько «ответвлений», как показано на рис.11.3.5 для получения различных напряжений. Соответствующее количество витков обеспечивается между каждым ответвлением для создания необходимого напряжения на основе соотношения витков между всей обмоткой и ответвлением. Полезный метод расчета неизвестных напряжений на автотрансформаторе, если известно количество витков на различных ответвлениях, заключается в использовании метода вольт на виток, описанного на странице «Основные операции трансформатора». В отличие от обычного трансформатора с первичной и вторичной обмотками, автотрансформатор не обеспечивает развязки между входом и выходом.

Автотрансформаторы

также используются для обеспечения очень высоких напряжений, необходимых для таких приложений, как автомобильные системы зажигания и приводы электронно-лучевых трубок в ЭЛТ-телевизорах и мониторах.

Часть имени «Авто» в этом случае не означает «автоматический», но имеет значение «Один — действует самостоятельно», как в auto nomous.

Импульсные трансформаторы питания

Трансформаторы с многослойным сердечником в настоящее время менее распространены из-за использования импульсных источников питания (SMPS).Эти схемы работают на гораздо более высоких частотах, чем старые источники питания 50-60 Гц. Помимо большей эффективности, SMPS имеют то преимущество, что многие компоненты в цепи источника питания могут быть физически намного меньше и легче, включая трансформатор. В трансформаторах SMPS, работающих на частоте около 500 кГц, как в примере на рис. 11.3.6 в телевизионном приемнике, вместо ламинированных сердечников используется феррит, так как потери в феррите на высоких частотах намного меньше, чем в ламинированных сердечниках. Сигналы, обрабатываемые трансформаторами в SMPS, помимо того, что являются высокочастотными, обычно имеют прямоугольную форму.Из-за этого они будут содержать много гармоник на еще более высоких частотах. Это создает проблему из-за «скин-эффекта»; высокочастотные токи, протекающие по проводам, имеют тенденцию течь только по внешней оболочке проводов, что усложняет обычные вычисления площади поперечного сечения проводов. Поскольку эффективная площадь поперечного сечения изменяется с частотой, то и эффективная индуктивность обмотки изменяется. Кроме того, компоновка компонентов по отношению к трансформаторам SMPS требует тщательного проектирования, поскольку электромагнитные помехи на высоких частотах выше.

Рис. 11.3.6 Импульсный источник питания
Трансформатор.

Неисправности трансформатора

Трансформаторы

в целом отличаются высокой надежностью; их очень высокий КПД означает, что в нормальных условиях небольшая мощность рассеивается в виде тепла (во многих компонентах это самый большой убийца!). Как и любое электронное устройство, наименее надежными являются те, которые работают с наибольшей мощностью, поэтому силовые трансформаторы, особенно те, которые работают с высоким напряжением, более подвержены пробоям, чем трансформаторы других типов.

Перегрев, вызванный внутренней неисправностью или перегрузкой, может привести к опасным, даже полным «расплавлением». По этой причине многие силовые трансформаторы могут быть оснащены плавкими предохранителями или автоматами защиты от перегрева. В маловероятном случае выхода этого устройства из строя первичная обмотка обычно оказывается разомкнутой. Часто бывает трудно или невозможно удалить и / или отремонтировать предохранитель, который находится глубоко внутри обмоток. Это также очень вероятно неразумно, поскольку трансформатор перегреется по одной из двух возможных причин:

• 1.Трансформатор в течение длительного времени был серьезно перегружен; в этом случае могло произойти внутреннее повреждение изоляции. Самый безопасный вариант — заменить трансформатор.
• 2. В трансформаторе произошло внутреннее короткое замыкание. Это означает, что нарушена изоляция между двумя витками обмотки. В результате получается обмотка с одним витком. Коэффициент трансформации сейчас огромен! Представьте трансформатор с 1000 витками на первичной обмотке и 100 витками на вторичной обмотке, имеющей короткое замыкание на вторичной обмотке.Соотношение витков только что изменилось с 10: 1 до 1000: 1!
  Результат — очень низкое вторичное напряжение, но огромный ток. В этом случае опять же единственное решение — замена.

Единственная неисправность, с которой я лично сталкивался и регулярно встречался за 26 лет обслуживания электроники, — это пробой изоляции на трансформаторах очень высокого напряжения; тип, используемый для генерации нескольких тысяч вольт в телевизионных приемниках. Большинство из этих неисправностей произошло
летом в субботу днем, причина? Люди, возвращающиеся из отпуска, часто делали это в субботу днем, а телевизор не использовался в течение недели или больше.За это время влага проникла в обмотки трансформатора, и когда снова было приложено высокое напряжение, возникла дуга, и трансформатор сразу же замкнулся.

При любой неисправности, в которой подозревается трансформатор (любого типа), вероятность того, что он является виновником, очень низка в списке вероятностей.

.

Основное различие между силовым трансформатором и распределительным трансформатором

Основное различие между силовым трансформатором и распределительным трансформатором

Вкратце, те трансформаторы, которые установлены в конечной или приемной точке длинных и высоковольтных линий электропередачи, — это силовые трансформаторы (в основном Шаг вперед). С другой стороны, распределительные трансформаторы (обычно устанавливаемые на столбах) — это трансформаторы, устанавливаемые рядом с терминалами нагрузки (город и села) для обеспечения рабочего напряжения на терминалах потребителей (в основном понижающие).

Ниже приведены некоторые дополнительные различия между силовыми и распределительными трансформаторами.

• Силовые трансформаторы используются в сети передачи с более высоким напряжением для повышающих и понижающих приложений (400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ) и обычно рассчитаны на мощность выше 200 МВА .
• Распределительные трансформаторы используются в распределительных сетях более низкого напряжения как средство подключения конечных пользователей. (11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В, 230 В) и обычно имеют рейтинг менее 200 МВА .
• Силовой трансформатор обычно имеет одну первичную и одну вторичную , а также одну настройку входа и выхода. Распределительный трансформатор может иметь одну первичную и одну разделенную вторичную обмотку или две или более вторичных обмоток.
• Силовые трансформаторы обычно работают почти с полной нагрузкой. Однако распределительный трансформатор большую часть дня работает при небольших нагрузках.
• Рабочие характеристики силовых трансформаторов обычно анализируются по коммерческому или максимальному КПД, поскольку они рассчитаны на максимальный КПД при полной нагрузке.Принимая во внимание, что производительность распределительного трансформатора оценивается по КПД трансформатора в течение всего дня, потому что они предназначены для работы с максимальной эффективностью при нагрузке 60-70%, поскольку они обычно не работают с полной нагрузкой весь день, так как есть пики. часов для загрузки за 24 часа, которые не всегда одинаковы.
• Мощность высокого трансформатора во много раз выше, чем у распределительного трансформатора.
• У силового трансформатора плотность потока выше, чем у распределительного трансформатора.
• Силовые трансформаторы, первичная обмотка всегда соединена звездой, а вторичная обмотка — треугольником, а в распределительных трансформаторах первичная обмотка соединена треугольником, а вторичная — звездой. узнайте больше о сравнении соединений звезды и треугольника.
• На подстанции, в конце линии передачи, соединение силового трансформатора осуществляется по схеме звезда-треугольник (для понижения уровня напряжения)
• В начале линии передачи (HT) соединение силового трансформатора находится в треугольнике — звезда (для повышения уровня напряжения).Кроме того, в трехфазном понижающем распределительном трансформаторе также используется одно и то же соединение, например, соединение треугольником и звездой.

Полезно знать : Эффективность в течение всего дня = (Выход в кВтч) / (Потребляемая мощность в кВтч) за 24 часа . Эффективность в течение всего дня меньше, чем КПД по мощности. Подробнее здесь.

.

Производители силовых трансформаторов Поставщики | Справочник IQS

бизнес Отраслевая информация

Силовые трансформаторы

Трансформаторы, по определению, представляют собой электромагнитные компоненты, которые используются для преобразования различных уровней напряжения и передачи энергии от одной цепи к другой. Роль силовых трансформаторов, в частности, имеет решающее значение для обеспечения безопасной и эффективной передачи энергии от линии электропитания к системе цепей, особенно в домах или на предприятиях.Силовые трансформаторы бывают самых разных конфигураций. Некоторые примеры включают настенные, устанавливаемые на площадках и полюсные трансформаторы, и могут иметь три или четыре корпуса. Силовые трансформаторы также оснащены комплектом токопроводящих обмоток, которые обычно изготавливаются из меди или алюминия. Некоторые разновидности трансформаторов также предназначены для передачи электрического тока по подземным линиям электропередачи. Трансформаторы важны для передачи энергии в коммерческом и потребительском контекстах, независимо от размера электронного устройства.

Конкретным примером конфигурации силового трансформатора является тороидальный трансформатор. Эта разновидность силового трансформатора имеет форму пончика или тороидального типа и может быть изготовлена ​​с двумя наборами первичной и вторичной обмоток каждая. Это позволяет трансформатору быть универсальным как по входному, так и по выходному напряжению. Кроме того, эти наборы катушек изолированы как друг от друга, так и от сердечника трансформатора, что обеспечивает минимальный электрический разряд. Конкретным примером отрасли, широко использующей эти трансформаторы, является медицинская промышленность.Важно, чтобы уровень напряжения тщательно регулировался, чтобы он не повредил чувствительное медицинское оборудование и, в свою очередь, не поставил под угрозу безопасность пациентов и медицинских работников. Трансформаторы жизненно важны для использования в медицинском лабораторном оборудовании , больничных койках, оборудовании для наблюдения за пациентами и стоматологических креслах. За пределами медицинской промышленности такие трансформаторы, как электробритвы, фены и другие портативные устройства, значительно выигрывают от использования этих трансформаторов.

Процесс преобразования мощности состоит из серии шагов, и трансформатор требуется для каждого шага изменения уровня напряжения во время передачи.Эти этапы включают преобразование электростанции в подстанцию, затем из подстанции в трансформатор и из трансформатора в офис или дом. Внутри электростанции электроэнергия проходит по линии высокого напряжения. Уровень напряжения питания на этом этапе может доходить до нескольких сотен тысяч вольт. Мощность высокого напряжения передается на силовые подстанции, которые включают серию трансформаторов, которые снижают уровень напряжения до 7000 вольт. От подстанций мощность передается по нескольким линиям передачи, каждая из которых передает 7000 вольт, к другому трансформатору.Этот трансформатор обычно устанавливается на опорах электроснабжения за пределами различных зданий. Эти трансформаторы отвечают за преобразование напряжения до уровня, подходящего для соответствующего дома или бизнеса. В Соединенных Штатах уровень напряжения снижается до 120–220 вольт к тому моменту, когда оно покидает трансформатор и достигает розеток.

При выборе трансформатора, подходящего для вашего применения, необходимо учитывать несколько факторов.Эти соображения включают:

• Величина напряжения
• Напряжение, необходимое для оборудования
• Текущая и будущая нагрузка в кВА
• Одно- или трехфазное напряжение
• Гц Частота
• Будет ли трансформатор использоваться в помещении или на открытом воздухе

Производители силовых трансформаторов производят свою продукцию с бесчисленными комбинациями функций. Поэтому настоятельно рекомендуется проконсультироваться с производителем, так как они будут работать с вами в поиске подходящего оборудования.

Силовые трансформаторы имеют довольно много возможностей, но они не обязательно. Эти устройства играют настолько важную роль в обеспечении электропитанием бытовых приборов, что может быть тревожно думать о том, к чему может привести продолжительное отключение. Иногда временные перебои в работе могут произойти из-за отказа силовых трансформаторов, во многом подобно тому, как линия электропередачи может выйти из строя из-за воздействия определенных условий. Причины выхода из строя трансформатора могут быть разными: животные, ветер, дождь, солнце, снег, упавшие деревья или другие предметы, которые врезаются в него.Иногда причина отключения может быть внутренней, например, перегрев трансформатора. При использовании современных технологий обычно не требуется много времени, чтобы выявить проблему и снова запустить трансформатор. Поскольку производители не часто производят силовые трансформаторы, стихийные бедствия, такие как торнадо, ураганы и солнечные вспышки, могут привести к повреждению электростанций, а производители не смогут обеспечить немедленную замену. К счастью, новейшие технологии позволили нам предсказать, когда и где могут произойти стихийные бедствия, а также их серьезность.Исследования стихийных бедствий могут сыграть роль в текущих технологических разработках, направленных на улучшение работы электростанций и трансформаторов.

Трансформатор управления мощностью — Triad Magnetics	Герметичный силовой трансформатор — Triad Magnetics	Тороидальный силовой трансформатор — Triad Magnetics
Силовой трансформатор Quick Pack — Triad Magnetics	Силовые трансформаторы Triad для монтажа на ПК — Triad Magnetics	Силовой трансформатор для установки на шасси — Triad Magnetics

Дополнительная информация о силовых трансформаторах

---

Информационные видео по силовому трансформатору