Трансформатор преобразовывает мощность в сетях и установках, предназначенных для приема электричества и работы с ним. Повышающий трансформатор — это статический агрегат, получающий питание от источника напряжения для трансформирования высокой мощности в низкие показатели. Его применяют для обособления логических защитных контуров и измерительных линий от высокого напряжения.
Понятие трансформатора
Электромагнитное устройство с двумя или больше обмотками, связанными индукцией на магнитопроводе, называется трансформатором. Оно разработано для изменения напряжения переменного тока с сохранением частоты и используется при производстве, трансляции на расстояние и приемке электроэнергии.
Агрегат, повышающий напряжение, содержит проволочную катушку, охваченную магнитными линиями, располагающуюся на сердечнике для проведения потока. Материалом стержня служат ферромагнитные сплавы. Агрегат работает с большими мощностями, его применение обусловлено разными показателями напряжений городских линий (около 6,2 кВ), потребительского контура (0,4 кВ) и мощности, необходимой для функционирования электроприборов и машин (от единичных показаний до нескольких сотен киловольт).
Применение в сетях
Приборы устанавливаются в электрических линиях и источниках питания потребительских точек. В соответствии с законом Джоуля — Ленца при увеличении силы тока выделяется тепло, которое нагревает провод. Для транслирования энергии на большие линейные расстояния увеличивают напряжение, а токи уменьшают. При поступлении к потребителю мощность снижают, поскольку в целях безопасности пришлось бы использовать массивную изоляцию.
В начале цепочки устанавливают повышающий трансформатор, а в точке приема понижают показатели. Такие комбинации на протяжении ЛЭП используют многократно, добиваясь выгодных условий транспортировки электричества и создавая приемлемые значения для потребителя.
Из-за присутствия в сети трех фаз для трансформации энергии используют трехфазные агрегаты. Иногда применяют группу, в которой устройства объединены в модель звезды, при этому них общий проводящий стержень.
Хоть коэффициент полезного действия у агрегатов большой мощности достигает почти стопроцентного значения, всё равно выделяется много тепла. Типичный трансформатор электрической станции 1 гВт выдает несколько мегаватт. Чтобы снизить это явление, разработана охладительная система в виде бака с негорючей жидкостью или трансформаторным маслом и сильным устройством для воздушной раздачи тепла. Охлаждение чаще водяное, сухой принцип используют при небольшой мощности.
Магнитная система
Магнитопровод представляет собой комплекс пластин или других элементов из электротехнической стали, составленных в выбранной геометрической конфигурации. В конструкции сосредоточены поля агрегата. Магнитопровод в сборе вместе с узлами и соединительными элементами образует остов трансформатора. Деталь, на которую намотаны обмотки, является стержнем. Область системы, предназначенная для замыкания цепи и не несущая витков контура, называется ярмом. Расположение в пространстве стержней служит для разделения системы на следующие виды:
плоская конструкция, в которой все сердечники располагаются на единой поверхности;- пространственный способ — продольные стержни или сердечники и ярма находятся в различных плоскостях;
- симметричный порядок — стержни одной длины и формы располагаются так, что их пространственная установка одинаково относится ко всем элементам и сердечникам;
- несимметричный строй предполагает разные по виду и размерам стержни, расположенные отлично от аналогичных деталей.
Обмотки агрегата
Обмотка состоит из отдельных витков, являющихся проводниками, или комплекса таких передатчиков (жилы из нескольких проводов). Оборот однократно обходит стержень, ток которого совместно с токами других сердечников и систем воспроизводит магнитное поле. В результате возникает электродвижущая сила (ЭДС).
Обмотка представляет собой упорядоченный комплекс витков. Она образует цепь, в которой складываются силы, наведенные в оборотах. Обмотка трехфазного агрегата состоит из нескольких объединенных обвивок трех фаз с одинаковым напряжением.
Стержни обмоток понижающего и повышающего трансформатора делают квадратной конфигурации для наилучшего использования пространства (повышения коэффициента наполнения в окне стержня). Если требуется увеличить поперечное сечение сердечника, то его делят на несколько проводников. Это применяется для уменьшения вихревых токов в обвивке. Проводник квадратного поперечного сечения называется жилой. По функционированию обмотки делят на несколько типов:
основные — обвивки, предназначенные для приема или отвода преобразуемой или трансформированной энергии переменного тока;- регулирующие — те, что предусматривают выводы для изменения коэффициента преобразования напряжения при небольшом токе обмотки и маленьком диапазоне нормализации;
- вспомогательные витки обеспечивают питание собственных нужд, при этом используется малая мощность, гораздо меньшая, чем аналогичный номинальный показатель повышающего трансформатора.
Изоляцией жилы служит слой бумаги или эмалевый лак. Два параллельно проходящих защищенных провода, расположенные рядом, отгораживаются общей бумажной оберткой и называются транспонированным кабелем. Его отдельный вид составляет непрерывное продолжение, складывающееся при перемещении жилы одного слоя к следующему пласту с одинаковым шагом в единой изоляции. Бумажная защита делается из тонких полос шириной 2—4 см, нанесенных вокруг кабеля. Для получения требуемого пласта заданной толщины бумага накладывается в несколько слоёв. В зависимости от конструкции обмотка бывает:
Рядовая. Обороты на сердечнике кладут в направлении оси по всей протяженности обвивки. Последующие витки располагают плотно один к другому, не допуская промежутка между ними.- Винтовая. Является одним из вариантов многослойного нанесения. Между каждым заходом оборота оставляется расстояние.
- Дисковая. Последовательно объединяется ряд накопителей. В них обороты кладут в радиальном направлении по спиральной форме. На первичной прослойке обвивка ведется внутрь, а на соседних кругах делается наружу.
- Фольговая. Вместо прямоугольного кабеля ставят медные или алюминиевые пластины. Они широкие, их толщина составляет от 0,1 до 2,5 мм.
Охладительный резервуар
Является емкостью для масла и одновременно защищает активные компоненты агрегата от перегрева. В конструкции исполняет роль опоры для дополнительных и управляющих устройств. Перед наполнением из бака удаляют воздух, подвергающий разрушению изоляцию и уменьшающий ее защитные свойства. Из-за этого резервуар работает в условиях низкого атмосферного давления.
Для уменьшения шума от функционирования трансформатора должны совпадать звуковые частоты, воспроизводимые стержнем агрегата, и аналогичные показатели резонанса конструктивных элементов. Для сброса при увеличении объема жидкости в баке от нагревания устанавливается отдельно расположенная расширительная емкость.
Повышение номинальных значений мощности увеличивает скорость движения электронов снаружи и внутри трансформатора, что разрушает конструкцию. Аналогично действует рассеивающее магнитное течение в баке. Применяют вкладыши из материала, не подверженного намагничиванию. Их располагают вокруг изоляторов сильного потока, что уменьшает риск нагревания. Внутреннюю отделку бака выполняют так, чтобы она не пропускала магнитный поток через ограждения емкости. Материал с малым сопротивлением магнетизму поглощает течение перед его проникновением через наружные стенки.
Количество полуокружностей почти соответствует числу оборотов обвивки. С увеличением витков делается больше дуг, но строгая пропорциональность отсутствует. Возле выхода жирной точкой указывают начало обмоток (на двух катушках и больше). Ставят обозначения мгновенно возникающей ЭДС, они на выходах обычно одинаковы.
Такой подход используется при показе промежуточности агрегатов в преобразовательных цепочках для наметки синхронности или противофазности. Обозначение актуально и при нескольких катушках, если для их эффективного функционирования требуется соблюдать полярность. Отсутствие явного обозначения обвивок говорит о том, что они идут в одном направлении, то есть конец предыдущей соответствует началу последующей.
Особенности эксплуатации
Для определения времени службы используют понятие экономического и технического срока работы. Экономический отрезок заканчивается, когда цена трансформации мощности с помощью искомого трансформатора превышает удельную стоимость таких же услуг в соответствующей рыночной нише. Технический срок службы прекращается с выходом из строя большого числа элементов, требующих капитального ремонта агрегата.
Использование в параллельном режиме
Такой регламент применяется из-за того, что при небольшой нагрузке силовой понижающий агрегат допускает значительные потери на холостом ходу. Для исправления ситуации он заменяется группой устройств небольшой мощности, которые при необходимости отключают поодиночке. Требования к такому подсоединению:
к параллельному использованию допускаются агрегаты с равной угловой погрешностью между вторичным и первичным показателем напряжения;- параллельно связываются одинаково полярные полюса из областей низкой и высокой мощности;
- объединяемые устройства должны показывать аналогичный коэффициент передачи по напряжению;
- сопротивление при коротком замыкании должно отличаться в сторону уменьшения или увеличения не более 10%;
- соотношение мощности задействованных трансформаторов не должно превышать 1:3.
Агрегаты, входящие в группу, используют с одинаковыми техническими параметрами.
Частота и регулирование мощности
В случаях равного напряжения на первичных обмотках агрегаты с определенной частотой могут эксплуатироваться при увеличенных показателях сети с рекомендованной заменой навесного оборудования. При частоте меньше номинальной индукция повышает значения в магнитном приводе, что ведет к скачку тока при холостой работе и изменению его вида.
Регулирование напряжения трансформатора применяется в сети из-за того, что нормальная работа потребителей возможна только при мощности определенных параметров и минимальных от них отклонениях.
Изоляция и перенапряжение
Специалисты проводят регулярные испытания и ремонты защитного слоя трансформатора, так как он теряет свои свойства от высоких температур. Это касается агрегатного масла в охладительном баке и изоляции активных элементов. После проверки сведения о состоянии защитных материалов вписываются в паспорт агрегата.
Иногда устройства работают в условиях повышенной мощности. Перенапряжение подразделяется на два вида:
- кратковременное действие сильного фактора продолжается от одной секунды до 2—4 часов;
- переходное перенапряжение длится от 2—5 наносекунд до 3—5 миллисекунд, оно бывает колебательным или неколебательным, но всегда имеет одинаковое направление.
Иногда при перегрузке комбинируются оба вида перенапряжения. Причинами их возникновения могут быть грозовые разряды, при этом токовый показатель импульса зависит от расстояния между трансформатором и местом удара. Второй причиной являются изменения условий работы, сформированные внутри системы. Они заключаются в поломках, нарушениях проводимости, коротких замыканиях, возгораниях, частых подключениях и отключениях.
При контроле качества в заводских условиях агрегаты проверяют и выдают сведения о возможности бесперебойной работы в соответствии со стандартами.
