В трансформаторных подстанциях городских электрических сетей силовые трансформаторы предназначены для преобразования высшего напряжения в низшее.
Силовой масляный трансформатор (смотри рисунок ниже) состоит из магнитопровода, собранного из листовой трансформаторной стали, и двух намотанных на него трехфазных обмоток: обмотки на напряжение выше 1000В (первичной), присоединяемой параллельно шинам ТП или РП, и обмотки на напряжение до 1000В (вторичной), к которой подключают электроприемники.
Трансформатор масляный ТМ-250/10:
1 — катки, 2 — болт заземления, 3 — бак,
4 — заводская табличка, 5 — подъемный крюк,
6 — воздухоосушитель, 7 — маслоуказатель,
8 — расширитель, 9 — вводы 10 и 0,4 кВ, 10 — термометр,
11— термосифонный фильтр,
12 — пробка для отбора проб и слива масла
Вторичная обмотка изолирована от первичной. Нулевая точка вторичной обмотки заземлена или изолирована от земли с установкой между ней и землей пробивного предохранителя.
Отношение высшего напряжения к низшему при холостом ходе, примерно равное отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки, называют коэффициентом трансформации силового трансформатора.
Обмотки и магнитопровод силового трансформатора погружены в бак с маслом 3. Бак имеет специальные трубки или ребра для лучшего охлаждения масла и расширитель 8 для возможности изменения объема масла при изменении его температуры, зависящей от нагрузки, и температуры окружающего воздуха. На расширителе установлены маслоуказатель 7 с нанесенными отметками необходимого уровня при температурах масла: +40, +15, — 45°С.
Бак трансформатора закрывается крышкой, прикрепляемой болтами, расположенными по всему периметру, к верхней раме бака. Между крышкой и рамой бака для уплотнения проложена прокладка из маслоупорной резины.
На крышке установлены проходные изоляторы (вводы), через которые концы первичной и вторичной обмоток выведены наружу для присоединения к шинам. В крышке имеется также отверстие (несквозное) для установки термометра и отверстие, закрытое крышкой или болтом, для заливки трансформатора маслом. В нижней части бака находятся кран для спуска масла и болт для присоединения заземляющего проводника. Для удобства передвижения баки трансформаторов мощностью 160кВА и выше поставлены на катки.
Обмотки силовых трансформаторов имеют ответвления для регулирования напряжения в пределах: ±10% номинального ступенями по 1,67% у трансформаторов с устройством для автоматического переключения ответвлений обмоток под нагрузкой и ±5% номинального ступенями по 2,5% у трансформаторов, имеющих переключатель с выведенной рукояткой переключения на крышке бака. Чтобы изменить напряжение, трансформаторы, имеющие переключатель с выведенной рукояткой, отключают и поворачивают рукоятку в положение, соответствующее требуемому напряжению.
Силовые трансформаторы мощностью до 1000кВА изготовляют не только с масляным заполнением, но и сухие с воздушным охлаждением. Изоляция обмоток таких трансформаторов выполнена из негорючих материалов (стеклоизоляция), поэтому они безопасны в пожарном отношении. Применение сухих трансформаторов ограничено, так как они предназначены для работы в отапливаемых помещениях с относительной влажностью воздуха не более 80% и температурой не выше 35°С, а также в 2 — 3 раза дороже обычных трансформаторов той же мощности.
Силовые трансформаторы характеризуются мощностью, номинальными напряжениями первичной и вторичной обмоток, напряжением короткого замыкания, группой и схемой соединения обмоток.
Напряжением короткого замыкания (U к) называется напряжение в процентах от номинального, которое необходимо подвести к первичной обмотке при замкнутой накоротко вторичной обмотке, чтобы в обеих обмотках протекали номинальные токи.
Трехфазные трансформаторы могут иметь различные группы и схемы соединения обмоток. Наиболее часто встречающиеся группы и схемы соединений обмоток показаны в следующей таблице.
Схемы и группы соединений обмоток силовых трансформаторов,
применяемых в городских электрических сетях
| Схема соединения обмоток
| Диаграмма векторов
| Условное обозначение (группы)
|
||
| Высшее напряжение | Низшее напряжение | Высшее напряжение | Низшее напряжение |
|
 |  |  |  | Y/Y-0
|
 |  |  |  | Δ/Y-11 |
Преимущество трансформаторов со схемой соединений Δ/Y-11 перед трансформаторами со схемой Y/Y-0 состоит в том, что их нулевой провод может быть загружен до 70% номинального фазового тока трансформатора, тогда как в трансформаторе со схемой Y/Y-0 нагрузка нулевого провода не должна превышать 15% фазового тока трансформатора.
В обозначении силовых трансформаторов указывают число фаз (Т — трехфазный), тип охлаждения (М — естественное масляное, С — воздушное), мощность, номинальные напряжения первичной и вторичной обмоток, группы и схемы соединения. Так, трехфазный трансформатор с масляным охлаждением мощностью 160кВА первичным напряжением 10кВ, вторичным 0,4кВ со схемой соединения звезда — звезда с нулевым выводом обозначается ТМ-160-10/0,4 Y/Y-0, такой же трансформатор, но с воздушным охлаждением (сухой) — ТС-160 -10/0,4 Y/Y-0.
Для лучшей защиты масла от окисления маслорасширители трансформаторов снабжены силикагелевым осушителем воздуха, а баки трансформаторов мощностью со 160кВА — термосифонным фильтром.
Согласно ГОСТ 11677-75 установлены следующие номинальные мощности трехфазных трансформаторов: 10, 16, 25, 40, 63, 100. 160, 250, 400, 630кВА и т. д.
В настоящее время силовые трансформаторы изготовляют с пространственным магнитопроводом, выполненным из трех стержней, собранных из пластин холоднокатаной электротехнической стали и стянутых сверху и снизу ярмами треугольной формы, поэтому баки и крышки также имеют треугольную форму. Эти трансформаторы выпускают габаритами и массой на 10 — 15% меньше, чем обычные трансформаторы с плоским магнитопроводом.
На сегодняшний день трансформаторы считаются главными электрическими устройствами. Они используются не только на производстве, но и в быту. В этой статье вы найдете информацию про силовые трансформаторы. Силовой трансформатор – это электрическое устройство, которое передает энергию между своими контурами. Весь этот процесс происходит благодаря законам магнитной индукции.
Их применяют как приборы, которые могут повышать, или понижать напряжение. Эта уникальная способность может обеспечивать максимальную передачу тока.
Параметры силового трансформатора
Силовой трансформатор имеет номинальное напряжение. Оно может рассчитываться в зависимости от конструкции. В зависимости от конструкции он будет рассчитываться либо:
- Между фазой и землей.
- Между фазами.
Вот основные элементы, из которых состоит силовой трансформатор:
- Первичная обмотка (W1).
- Вторичная обмотка (W2).
- Стержень магнитоотвода.
- Ярмо магнитоотвода.
Силовой масляный трансформатор обычно состоит из двух обмоток и проволоки, которая содержит в себе изоляцию. Сердечник должен изготавливаться из железа.
Силовой трансформатор в зависимости от области применения может иметь несколько видов:
- Силовое понижающее устройство. Его часто используют для понижения напряжения.
- Трехфазный и однофазный трансформатор. Достаточно часто их используют в трехфазной электрической системе. Вам предпочтительно будет применять три однофазных трансформатора. Они необходимо для того чтобы обеспечивать предприятие постоянным током.
- Электрический силовой трансформатор. Его используют для распределения нагрузки. Эти устройства применяют для защиты системы электроснабжения.
- Силовой автотрансформатор. Используется на тех предприятиях, где разница между высоким и низким напряжением не превышает 2%.
- Открытый трансформатор. Его используют для установки на улице. Он способен работать даже при минусовых температурах.
Силовой трансформатор и его принцип работы
Переменный ток должен пройти через обмотку и произвести постоянно меняющийся ток. Этот поток постоянно будет меняться по своей амплитуде и направлению. Согласно закону Фарадея ЭДС должно индуцироваться за одну секунду. Он имеет такой же принцип работы как и трансформатор Тесла . Это время считается оптимальным. Если цепь в последней обмотке будет закрыта, тогда через нее сможет пройти электрический ток.
Если силовой трансформатор использует переменный ток, тогда он будет окружать катушку. Но если рядом расположить еще одну катушку, тогда потокосцепление станет направленным.
Ремонт и защита силового трансформатора тока
Отремонтировать силовой трансформатор достаточно сложно. Этот процесс отнимает не только много времени, но и денег. Выполнять этот процесс должен только специалист со стажем. Если в его конструкции будут неправильные соединения, то это может поставить вашу жизнь под угрозу. Существует немного заводов, которые могут выполнить его ремонт. Вот основные компании, которые могут взяться за эту работу:
- Siemens.
- СВЭЛ.
Дифференциальная защита должна обеспечиваться в силовом трансформаторе. Она считается более эффективной, чем релейная защита. Для того чтобы надежно защитить современные силовые трансформаторы можно использовать специальную программу Transformer Designer.
Дифференциальное реле должно сравнивать между собою мощность первичного и вторичного тока. Если в вашем трансформаторе образуется дисбаланс, то реле активизируется, и будет защищать реакторы. Вторичная обмотка должна быть подключена к текущей катушке реле. Защита трансформатора должна быть пропорциональна смещению и или отклонению коэффициента разности токов.
Обмотку трансформатора можно провести самостоятельно. В обмотке должен находиться четный слой обмотки. Провод должен быть выведен обратно через выходное отверстие. Между слоями обмотки необходимо устанавливать хлопковые полосы, которые будут использованы от перегревания. Следить за повышением температуры можно также с помощью специальной жидкости, которая будет пропитывать слой изоляции. Собирать силовой трансформатор можно только опытным электрикам. Многие изготовители трансформаторов заботятся о том, чтобы вы самостоятельно смогли определить причину поломки. Определить поломку можно с помощью релейной защиты.
Схемы соединения обмоток силовых трансформаторов
В первичной обмотке каждая фаза должна распределяться под углом в 120 градусов. Первичная обмотка должна магнитно быть связана с вторичной через нейтральные точки. Ток может иметь значительное количество нечетных составляющих. Если силовые трансформаторы соединены с каждой фазой, то они смогут возвращаться в нормальное положение. Благодаря этой схеме вы узнаете .
Эта схема обмотки считается наиболее простой. Также иногда часто может искажаться уровень выходящего напряжения. Технология линейного соединения может использоваться крайне редко. На сегодняшний день выбор силовых трансформаторов значительно увеличился.
Трансформаторы являются одними из главных электрических устройств, которые используются на производстве и в бытовых условиях. Предлагаем рассмотреть, что такое сухие, масляные силовые трансформаторы (ТС) напряжения и мощности, где используются однофазные, понижающие и высоковольтные электрические устройства, а также их технические характеристики и монтаж.
Трансформатор – это электрическое устройство, передающее энергию между контурами, используя законы магнитной индукции. Трансформаторы могут применяться как приборы, которые повышают или понижают напряжение, чтобы преобразовать поступающий ток переменного напряжения в выходящий ток постоянного напряжения. Эта уникальная способность трансформаторов может быть использована для импеданса между несогласованными электрическими цепями, чтобы обеспечить максимальную передачу мощности между схемами.
Фото – Параметры напряжения
Трансформатор обычно состоит из двух обмоток проволоки с изоляцией, намотанных вокруг общего якоря, чтобы вызвать тесный электромагнитный контакт между обмотками. Материал сердечника чаще всего выполнен из железа. Катушка, которая получает электрический входной ток, называется катушкой первичной обмотки, а выходная катушка, соответственно – вторичной.
У тороидального трансформатора пассивными электронными компонентами являются катушки индуктивности, они состоят из круглого кольцевого магнитного сердечника с высокой магнитной проницаемостью материала – это железный порошок или феррит, вокруг которого намотана проволока. Тороидальные катушки и фильтры используются для высокочастотных катушек и трансформаторов, их помощью проводят испытания мощности.
Фото – Силовой трансформатор
Если переменный электрический ток протекает через первичную обмотку (обмотки) трансформатора, электромагнитное поле генерируется и развивается в магнитном потоке в сердечнике трансформатора. При помощи электромагнитной индукции, этот магнитный поток генерирует переменное ЭДС во вторичной обмотке, который индуцирует напряжение на выходных клеммах. Если сопротивление нагрузки подключается через вторичную обмотку, электрический ток протекает через неё от первичной обмотки и источника питания.
Мощные двухобмоточные трансформаторы (до 110 кВ) не могут работать с постоянным током, хотя, когда они подключены к источнику постоянного тока, передают краткий выходной импульс о том, как поднимается напряжение.
Фото – Уличный трансформатор
Функционирование трансформатора холостого хода основано на двух принципах закона электромагнитной индукции: электрический ток через проводник, например, провод производит магнитное поле вокруг провода, происходят изменения магнитного поля в непосредственной близости от проволоки, индуцируется напряжение на её концах. Как видите, устройство силового трансформатора практически не отличается от обычного бытового прибора.
Магнитное поле возбуждается в первичной катушке, что приводит к самоиндукции, а также ко взаимной индукции между катушками. Эти самоиндукционные счетчики возбуждают поле до такой степени, что в результате ток, проходящий через первичную обмотку, очень мал. Если нагрузка отсуствует – прибор питается о вторичной обмотки.
Фото – Трансформатор
Виды силовых трансформаторов
В зависимости от области применения, бывают такие типы силовых трансформаторов:
- Силовые понижающие (от 6 кВ до 35 кВ) трансформаторы ГОСТ 11677-85. В основном используется для активизации понижения сил напряжения в электрической сети;
- Трехфазные и однофазные трансформаторы. Обычно используются в трехфазной энергосистеме, т.к. являются экономически эффективными. Предпочтительно применять три однофазных трансформатора, т.к. легче транспортировать несколько блоков по отдельности. Они используются, как для того чтобы обеспечить производство постоянным током, так и для контроля напряжения в бытовых условиях;
- Электрический силовой, измерительный трансформатор распределения нагрузки. Эти устройства используются в электросети для защиты системы электроснабжения и разнообразных мощных инструментов в промышленности;
- Устройство трансформации с двумя обмотками и силовой автотрансформатор. Используется там, где соотношение между высоким напряжением и низким напряжением больше 2 процентов. Он является экономически эффективным, но у них самая высокая стоимость;
- Открытый трансформатор предназначен для установки на открытом воздухе, это единственный прибор, хранение которого можно производить при минусовой температуре.
Переменный ток через обмотку производит постоянно меняющийся поток или переменные потоки, окружающие обмотку. Этот поток постоянно меняется в амплитуде и направлении, но должно быть изменение потокосцепления согласно функции обмоток. По закону Фарадея электромагнитной индукции, ЭДС должно индуцироваться в секунду. Если цепь последней обмотки закрыта – через неё протекает электрический ток. Это основа из принципа работы трансформатора.
Фото – Принцип работы
Всякий раз, когда мы используем переменный ток по отношению к электрической катушке, он будет её окружать. Но если расположить около неё вторую катушку (или катушки), то потокосцепление станет направленным. При изменении потока, будет меняться уровень и направление сцепления.
Ремонт и защита
Ремонт силовых трансформаторов – это достаточно дорогостоящий процесс, особенно если учитывать тот факт, что выполнять его должен только специалист со стажем, ведь при неправильном соединении или нарушении целостности обмоток, ставится под угрозу жизнь рабочих либо Вашей семьи. В России отремонтировать силовые автотрансформаторы тока модели ТМГ, ТДТН, ТМЗ, ТМН, ТСЗ, КТП, ТСЗЛ, ТСЛ, УВЧ, ТМ (масляные трансформаторы) и прочие предлагают такие компании как СВЭЛ, Биробиджанский завод силовых трансформаторов, Псковский завод, компаниями Siemens (Сименс), ABB, trihal.
Фото – Дифференциальная защита
Дифференциальная защита с предохранителями обеспечивается в электрическом силовом трансформаторе, номинал которого более 5 кВа, её схема более эффективна, чем релейная защита или принцип параллельной страховки. Также для того, чтобы защитить силовые современные трансформаторы, используется специальная программа расчета Transformer Designer.
Дифференциальное реле фактически сравнивает между собой мощность первичного тока силового трансформатора и вторичного. Если имеется дисбаланс, то реле активизируется, с его помощью защищают реакторы и целые жилые кварталы от перенапряжения сети. Вторичные обмотки трансформаторов, во избежание замыкания, должны быть подключены к той же текущей катушке дифференциального реле таким образом, чтобы ток не подавался в ней в нормальном состоянии работы прибора. Дифференциальная защита трансформатора должна быть пропорциональна смещению или максимально допустимому отклонению коэффициента разности токов.
Фото – Защита силового трансформатора
Своими руками может проводиться намотка обмотки. Рассмотрим основные положения. Обмотка должна быть организована с четным числом слоев, так чтобы центральная точка заканчивалась при переходе от одного слоя к другому. Провод выведен обратно через единственное отверстие, все выходы защищены. Между слоями обмотки устанавливаются хлопковые тканевые полосы, которые используются для защиты от перегревания параллельной обмотки. Регулирование температуры или процесса охлаждения можно производить при помощи специальной жидкости, в которой пропитывается изоляционный слой. Самостоятельная сборка – занятие только для опытных электриков. Не пытайтесь без дополнительных знаний собрать реле или трансформатор.
Практически все изготовители трансформаторных устройств позаботились о том, чтобы Вы могли сами определить причину поломки при помощи релейной защиты, провести расчёт и полный осмотр техники. При необходимости проводится диагностика и сушка обмоток и усилителей на предприятии.
Если Вы хотите купить трансформатор, то производители обязаны предложить Вам сделать полную диагностику, а также обеспечить гарантию минимум на 12 месяцев, провести расчет силового трансформатора (его коэффициент КПД, скорость охлаждения, рассчитать пусковой момент). Перевозка должна производиться только в специальной таре, с учетом всех техник безопасности транспортировки мощных электрических приборов. Срок службы этого устройства до 20 лет в нормальных условиях эксплуатации.
Фото – Принципы маркировки
Схемы соединения обмоток силовых трансформаторов
В первичной обмотке каждая фаза расположена под углом 120 ° по отношению к другим фазам. Каждая первичная обмотка магнитно связана со вторичной через общее базовое соединение. Это самый просто вариант, когда связи каждой первичной и вторичной обмотки соединены с нейтральной точкой.
Токи намагничивания имеют значительное количество нечетных гармонических составляющих. Если одинаковые силовые трансформаторы соединены с каждой фазой и возбуждаются от частоты 60 Гц равной величины, напряжения от 220 до В и мощности до 630 Вт, то они вернутся в нейтральное положение.
Такая схема подключения обмоток простая в воплощении, но не является гарантированной защитой от сдвига нейтральной точки. Также часто искажается уровень выходящего напряжения. Инструкция, по которой проводится эксплуатация силового трансформатора, допускает также любые прочие удобные варианты крепления, но только если они не противоречат правилам ПУЭ.
Технология линейного соединения используется крайне редко в виду высокой траты проводников.
Сегодня изготовители предлагают высокотехнологичные силовые трансформаторы, выбор каждый день увеличивается, их цена зависит от типа (определяется при помощи маркировки), назначения и производителя. При покупке обязательно проверяйте паспорт, сравнивайте характеристики указанные и имеющиеся.
