Масляні-трансформатори, як ключове обладнання в системах розподілу електроенергії для промислових і гірничодобувних підприємств і цивільних будівель, виконують важливе завдання зниження напруги високовольтних мереж 10(6)кВ або 35кВ-до напруги шини 230/400В для задоволення потреб користувачів у електроенергії. Цей тип трансформатора підходить для джерел живлення змінного струму 50(60) Гц з максимальною три-фазною номінальною потужністю 2500 кВА та максимальною одно-фазною номінальною потужністю 833 кВА (але одно{14}}фазні трансформатори зазвичай не рекомендуються). Його можна використовувати в приміщенні або встановити на відкритому повітрі. Для трансформаторів потужністю 315 кВА і нижче його можна навіть встановити безпосередньо на стовпі. Крім того, він має певні вимоги щодо умов навколишнього середовища, включаючи діапазон температури навколишнього середовища, максимальну середньодобову температуру, максимальну середньорічну температуру, відносну вологість і висоту над рівнем моря. Якщо фактичні умови використання не відповідають цим правилам, потрібно внести відповідні коригування квоти відповідно до стандарту GB6450-86.
1. Розрізнення фаз Масляні-трансформатори можна розділити на три-фазні трансформатори та одно-фазні трансформатори. У три-фазних системах живлення традиційним вибором є три-фазні трансформатори. Однак, якщо потужність надто велика або умови транспортування обмежені, можна використати три однофазні-трансформатори, щоб сформувати групу трансформаторів, щоб задовольнити попит.
2. Класифікація обмоток
За кількістю обмоток трансформатори можна класифікувати на дво-і три-обмоткові трансформатори. Дво{3}}обмоткові трансформатори є поширеним типом із двома обмотками на сердечнику: одна як первинна обмотка, а друга як вторинна. Три{5}}обмоткові трансформатори зазвичай підходять для більшої потужності (понад 5600 кВА), і ці трансформатори можна підключати до трьох різних ліній напруги. Крім того, у деяких спеціальних застосуваннях використовуються навіть трансформатори Saton з більшою кількістю обмоток.
3. Структурна класифікація
Трансформатори можна класифікувати на трансформатори сердечника-типу та трансформатори-типу оболонки на основі їхніх структурних характеристик. У трансформаторах типу -сердечник обмотки зазвичай обертаються навколо зовнішньої сторони сердечника, а в трансформаторах-типу оболонки сердечник розташований навколо обмоток. Ці два види трансформаторів мають невеликі конструктивні відмінності, але принципи їх роботи принципово не відрізняються. На практиці переважна більшість трансформаторів, які зазвичай використовуються в енергетичних системах, мають сердечник-типу.
Крім того, трансформатори також містять інші ключові компоненти, такі як сердечник, обмотки, масляний бак, масляний консерватор, ізоляційні втулки, перемикачі та газові реле, які разом складають повну структуру трансформатора.
4. Сердечник Як сердечник магнітного кола трансформатора, сердечник відіграє вирішальну роль. Під час роботи трансформатора сердечник виділяє тепло за рахунок гістерезису та втрат на вихрові струми. Щоб ефективно зменшити цю втрату тепла та мінімізувати розмір і вагу трансформатора, для виготовлення сердечника зазвичай використовуються листи кремнієвої сталі з холоднокатаною-зернистою-орієнтацією з високою проникністю та товщиною менше 0,35 мм. Крім того, залежно від розташування обмоток у сердечнику, трансформатори можна класифікувати на два типи: сердечник-тип і корпус-тип.
У трансформаторах великої потужності, щоб гарантувати ефективне відведення тепла, яке утворюється в результаті втрат у сердечнику, ізоляційним маслом під час циркуляції, що забезпечує гарне охолодження, сердечник зазвичай проектується зі спеціальними каналами для охолоджувального масла.
5. Обмотки Обмотки є ключовим компонентом трансформатора, який відповідає за перетворення електричної енергії в магнітну енергію, а потім назад в електричну. У трансформаторах обмотки, як правило, виготовлені з ізольованого мідного або алюмінієвого дроту, щоб зменшити провідні втрати. Одночасно ізоляційні матеріали використовуються для обертання та ізоляції обмоток, щоб забезпечити ефективність ізоляції та розсіювання тепла. Залежно від розташування обмоток у сердечнику трансформатори можна класифікувати на два типи: сердечник-тип і корпус-тип.
Обмотки та сердечник разом складають основні компоненти трансформатора. Під час роботи трансформатора обмотки виділяють тепло за рахунок власного опору або контактного опору в місцях з’єднання; це явище можна пояснити законом Джоуля.
Обмотки є критично важливими компонентами трансформатора, і їх правильна робота є важливою для роботи трансформатора. Однак обмотки можуть зіткнутися з різними проблемами в процесі роботи. По-перше, тепло утворюється через власний опір обмоток або контактний опір у з’єднаннях, фізичне явище, яке виявляється законом Джоуля. Тому обмотки повинні уникати струмів, що перевищують їх номінальний струм протягом тривалих періодів, щоб запобігти перегріву. Крім того, коли через нього проходить струм короткого замикання, він створює значну електромагнітну силу на обмотках, що потенційно може спричинити серйозне пошкодження трансформатора.
Існують різні типи обмоток трансформатора, основними з яких є концентричні обмотки та обмотки з перемежуванням. Основні несправності, з якими можуть зіткнутися ці обмотки, включають -міжвиткове коротке замикання та коротке замикання на корпус. Міжвиткові короткі замикання можуть бути спричинені старінням ізоляції, перевантаженням або механічними пошкодженнями під час наскрізних коротких замикань. Між{6}}виткове коротке замикання також може виникнути, коли рівень масла в трансформаторі падає, в результаті чого частини обмоток оголюються над поверхнею масла. Водночас перевищення струму під час короткого замикання наскрізного-ланцюга може деформувати обмотки, ще більше пошкодивши ізоляцію та таким чином спровокувавши -міжвиткове коротке замикання.
Коли виникає міжвиткове коротке замикання, струм у короткозамкненій обмотці може перевищувати номінальне значення, але струм усієї обмотки все ще може бути в межах допустимого. У цьому випадку може спрацювати газовий захисний пристрій, а у важких випадках також може втрутитися диференційний захисний пристрій. Коротке замикання на корпус також може бути викликано старінням ізоляції, вологістю масла, падінням рівня масла, блискавкою та робочою перенапругою. Крім того, надмірний струм під час короткого замикання наскрізного-ланцюга також може спричинити деформацію обмотки, що призведе до короткого замикання на корпус. Цей вид короткого замикання зазвичай викликає спрацьовування газозахисного пристрою та пристрою захисту від заземлення.
6. Масляний бак Основні компоненти масляного-зануреного трансформатора-обмотки та сердечник-розміщуються в масляному баку, наповненому трансформаторним маслом. Цей тип масляного бака зазвичай зварюється зі сталевих пластин і розроблений для забезпечення надійного механічного захисту та чудового охолодження. Для середніх і малих трансформаторів бак зазвичай складається з двох частин: корпусу бака і кришки бака. Корпус трансформатора розміщено всередині корпусу, а відкриття кришки резервуара полегшує огляд і обслуговування корпусу.
Крім того, трансформатори можна розділити на дві основні категорії залежно від методів їх ізоляції та охолодження: масляні-і сухі-типи. У масляних-трансформаторах сердечник і обмотки разом занурені в трансформаторне масло, завдяки чому покращуються характеристики ізоляції та оптимізуються умови охолодження. Тим не менш, сухі трансформатори-типу також використовуються в певних конкретних сферах застосування, таких як вуличне освітлення та освітлення шахт.
1. Не{1}}закриті масляні-трансформатори, такі як серії S8, S9 і S10, зазвичай використовуються на промислових і гірничодобувних підприємствах, у сільському господарстві та цивільному будівництві.
2. Закриті масляні-трансформатори, включаючи такі моделі, як S9, S9-M і S10-M, особливо підходять для складних середовищ із високим вмістом масла та хімічних речовин, наприклад у нафтовій та хімічній промисловості.
3. Герметичні масляні-трансформатори, такі як серії BS9, S9-, S10-, S11-MR, SH і SH12-M, широко використовуються для розподілу електроенергії в різних місцях, включаючи промислові та гірничодобувні підприємства, сільське господарство та цивільні будівлі.
Крім того, існують трансформатори, призначені для спеціальних цілей, як-от трансформатори високої{0}}напруги для випробувань, трансформатори для електричних печей, трансформатори для зварювання та трансформатори, що використовуються в тиристорних схемах. Незамінні також трансформатори напруги і струму для вимірювальних приладів.
a. Обмотка низької-напруги масляного-трансформатора, якщо не використовується мідний провідник у моделі малої-ємності, зазвичай має циліндричну конструкцію з обмоткою з мідної фольги. Обмотка високої-напруги має багатошарову-циліндричну структуру. Ця конструкція допомагає підтримувати збалансований розподіл ампер-витків, зменшує потік витоку та підвищує механічну міцність і стійкість до коротких-замикань.
b. Щоб забезпечити стабільність, як серцевина, так і обмотки закріплені само-гайками, щоб витримувати удари під час транспортування. Крім того, структура без сердечника дозволяє трансформатору витримувати більші транспортні удари.
в. Під час виробництва як котушки, так і сердечник проходять вакуумну сушку, а також застосовуються процеси вакуумної фільтрації та впорскування масла, щоб мінімізувати рівень внутрішньої вологи.
d. Масляний бак має геніальну конструкцію з гофрованими листами, які мають функцію дихання, щоб компенсувати зміни об’єму масла, спричинені коливаннями температури, таким чином усуваючи потребу в консерваторі масла та зменшуючи висоту трансформатора.
д. Завдяки використанню гофрованих листів трансформаторне масло ізольовано від зовнішнього повітря, ефективно запобігаючи проникненню кисню та вологи, таким чином зберігаючи відмінні характеристики ізоляції.
f. Підводячи підсумок, ці конструктивні особливості разом гарантують, що масляні-трансформатори не вимагають заміни масла за нормальних умов навантаження, значно знижуючи витрати на технічне обслуговування та суттєво подовжуючи термін їх служби.
У ситуаціях з великою кількістю первинних або вторинних навантажень рекомендується налаштувати два або більше трансформаторів. Таким чином, навіть якщо один трансформатор від’єднається, потужність решти трансформаторів може задовольнити вимоги до потужності первинного та вторинного навантажень. Одночасно первинні та вторинні навантаження повинні бути максимально зосереджені, щоб уникнути надмірного розпорошення.
Якщо потужність сезонного навантаження велика, рекомендуються спеціальні трансформатори. Приклади включають холодильне навантаження кондиціонування повітря та нагрівання електричним опаленням у великих цивільних будівлях. У системах із високим концентрованим навантаженням рекомендуються спеціальні трансформатори. Це включає велике нагрівальне обладнання, великі рентгенівські апарати та електродугові печі.
Якщо освітлювальне навантаження велике або якщо спільне використання трансформатора для живлення та освітлення значно впливає на якість освітлення та термін служби лампочки, можна встановити спеціальний трансформатор освітлення. Як правило, живлення та освітлення використовують один трансформатор.
7. Операційне середовище:
За звичайних умов навколишнього середовища життєздатними варіантами є масляні-і сухі-трансформатори. Ці трансформатори підходять для промислових і гірничодобувних підприємств, автономних або приєднаних підстанцій у сільському господарстві та автономних підстанцій у житлових районах. Доступні моделі трансформаторів включають S8, S9, S10, SC(B)9 і SC(B)10. Крім того, слід враховувати вплив температури на вибір трансформатора.
① Ці трансформатори можуть підтримувати -тривалу стабільну роботу при 220 градусах.
② Вони легко витримують короткочасні-високі-температурні удари 350 градусів.
③ Ці трансформатори зберігають чудову продуктивність незалежно від значних коливань температури або коливань вологості.
④ При 250 градусах вони не будуть танути, текти або підтримувати горіння.
⑤ Що ще більш примітно, ці трансформатори не виділяють токсичних або корозійних газів навіть при екстремальних температурах до 750 градусів.
Крім того, ці трансформатори мають відмінну навантажувальну здатність, здатну задовольняти потреби в потужності в різних складних умовах експлуатації.
При визначенні потужності розподільних трансформаторів необхідно всебічно враховувати потужність різного електричного обладнання та розраховувати навантаження (як правило, за винятком протипожежного навантаження). Компенсована повна потужність є основною основою для вибору потужності та кількості трансформатора. Як правило, коефіцієнт навантаження трансформатора підтримується на рівні приблизно 85%. Цей метод відносно простий і підходить для оцінки потужності.
Згідно з рекомендаціями GB/T17468-1998 «Рекомендації щодо вибору силових трансформаторів», вибір потужності розподільних трансформаторів слід поєднувати з GB/T15164-94 «Рекомендації щодо навантаження для масляних силових трансформаторів» або GB/T17211-1998 «Рекомендації щодо навантаження для силових трансформаторів сухого типу» та визначати на основі розрахункове навантаження. Дві настанови, згадані вище, містять комп’ютерні програми та діаграми нормального циклічного навантаження для більш точного визначення потужності розподільних трансформаторів.
Трансформаторне масло користується перевагою завдяки чудовій ізоляції та теплопровідності, а його ціна відносно доступна.
Трансформаторне масло ефективно вирішує проблеми розсіювання тепла та ізоляції-високої напруги в трансформаторах великої-потужності.
Однак він також має деякі недоліки:
Трансформаторне масло легкозаймисте; контакт із полум'ям потенційно може спричинити займання або навіть вибух, що вимагає обережного поводження.
Ця олива становить потенційну небезпеку для здоров'я, тому під час експлуатації необхідні відповідні захисні заходи.
Трансформаторне масло потребує регулярного професійного огляду для забезпечення його стабільної та безпечної роботи.
Масляні-трансформатори характеризуються поганою герметизацією та схильністю до старіння, що може призвести до серйозного витоку масла на робочому місці. Це не тільки впливає на нормальну роботу обладнання, але й може мати негативний вплив на навколишнє середовище.
Масляні-трансформатори мають відносно низькі класи ізоляції, зазвичай розроблені та виготовлені відповідно до стандартів ізоляції класу A. Тому оцінці їх терміну служби необхідно приділяти особливу увагу при виборі та використанні.
Ступінь полімеризації (DP) ізоляційних матеріалів трансформатора є ключовим показником для вимірювання ступеня старіння ізоляції, і його точність і надійність широко визнані. Для визначення рівня старіння трансформаторів ми зазвичай використовуємо середній ступінь полімеризації (DP) ізоляційного картону як стандарт. Нижче наведено наші критерії: середній DP менше 450 вказує на ступінь тривалості життя; середній DP менше 250 вказує на ступінь небезпеки.
1) Стандарти міцності на розрив для терміну служби та ступені небезпеки
У класі терміну служби ізоляційний папір зберігає 60% своєї початкової максимальної міцності на розтяг в умовах зовнішнього короткого -замикання. Після досягнення небезпечного класу ця залишкова міцність падає до 15%.
2) Стандарти ймовірності відмови DP для японських ізоляційних паперових волокон
Коли значення DP більше або дорівнює 450, ймовірність відмови ізоляційного паперового волокна дорівнює 0; коли значення DP становить від 450 до 250, ймовірність відмови обернено пропорційна значенню DP, зокрема (450 - DP) / 200; а коли значення DP менше 250, ймовірність відмови дорівнює 1.
3) Формула для оцінки залишкового ресурсу трансформатора за допомогою середнього DP
Ми можемо оцінити термін служби трансформатора, що залишився, використовуючи його початкове середнє значення DP (n0), середнє значення DP після L років (nL) і кількість років L. Конкретна формула така: Залишок ресурсу (nL/n0)=(1 - r)L, де r — швидкість зменшення середнього DP.
Під час роботи масляного силового трансформатора тепло, що виділяється обмотками й сердечником, спочатку передається трансформаторному маслу, а потім через масло охолоджувальному середовищу. Залежно від потужності трансформатора існує кілька способів охолодження:
1. Охолодження з природною циркуляцією масла, тобто самоохолодження-зануреним у масло-.
2. Повітряне охолодження з природною циркуляцією масла, тобто охолодження-повітряним маслом.
3. Водяне охолодження з примусовою циркуляцією масла.
4. Повітряне охолодження з примусовою циркуляцією масла.
Це типові методи охолодження для масляних силових трансформаторів. Вибір відповідного методу охолодження на основі фактичного використання має вирішальне значення.
1. Область застосування: підходить для висот, що не перевищують 1000 метрів, для використання в приміщенні або на відкритому повітрі.
2. Умови навколишнього середовища: Стабільна робота за умов максимальної температури навколишнього середовища +40 градусів і максимальної середньодобової температури +30 градусів.
3. Діапазон температур: середньорічна температура +20 градусів, мінімальна температура -25 градусів.
4. Налаштування: трансформаторні рішення для спеціальних умов експлуатації можуть бути надані відповідно до потреб користувача.
Далі ми заглибимося в аналіз несправностей цих методів охолодження в практичних застосуваннях.
Трансформатори можуть зіткнутися з різними несправностями під час роботи, включаючи несправності в обмотках, втулках, перемикачах і аксесуарах, таких як сердечник і резервуар. Замикання обмотки в основному проявляються у вигляді між-коротких замикань, заземлення обмоток, коротких замикань-{3}}фаз, розривів ланцюгів і зварювання. Несправності прохідних вводів зазвичай викликані накопиченням накипу, яке може легко спровокувати спалах під час сильного туману чи легкого дощу, що призводить до одно-заземлення фази або короткого замикання між фазами-{7}}на стороні високої-напруги трансформатора. Крім того, серйозний витік також є значною проблемою, яка може бути спричинена тріщинами зварного шва, пошкодженням ущільнення, вібрацією під час роботи, зовнішнім впливом на резервуар та пошкодженням від корозії. У разі виявлення витоку трансформатор слід негайно вимкнути для ремонту та змащення. У той же час необхідно уважно стежити за несправностями перемикачів.