Sobald Sie einen Verteilungstransformator öffnen, sind die einzigen Dinge, die Sie im Inneren sehen werden, Metalle (Stahl, Aluminium oder Kupfer), Papier, Öl, Porzellan usw. Sie werden auch einige Geräte sehen, die nur dazu dienen, den Transformator vor allem zu schützen, was schiefgehen kann. Wenn Sie Transformatoren betrachten, die dreißig Jahre halten, und solche, die nach vier Jahren ausfallen, sollte angemerkt werden, dass die Konstruktionselemente beider Maschinen nicht unterschiedlich sind, sondern was sich tatsächlich ändert, die Qualität ihrer Konstruktionselemente und ihre Messgenauigkeit ist. Der Leitfaden, den Sie lesen werden, wird Ihnen sagen, was Sie in einem Transformator finden und welche Funktionen all diese Elemente erfüllen. Sie werden auch die Zufriedenheitsfaktoren beim Kauf von Transformatoren kennenlernen sowie wie man bestimmt, ob ein Transformator schlecht gefertigt oder von hoher Qualität ist.
Im Inneren eines Transformators befindet sich ein laminierten Stahlkern, eine Niederspannungswicklung und eine Hochspannungswicklung sowie ein Isolationssystem, das aus Papier, Pressspan und Öl besteht (Trockenbau verwendet Epoxidharz anstelle von Öl). Der Abgriffwechselmechanismus des Transformators zeigt Leiter durch den Tank. Ein Kühler ist ein Teil des Tanks, es gibt ein Konservatorium mit einem Silikagel-Atmer, es gibt ein Buchholz-Relais, ein Druckentlastungssystem sowie Thermometer. Es ist der Kern, der die Leerlaufverluste bestimmt, die Wicklungen bestimmen die Lastverluste und die Kurzschlussfestigkeit; die Isolierung bestimmt die Lebensdauer des Transformators und die Zubehörteile zeigen den Zustand des Herstellers an.
Die sechs Systeme innerhalb eines Transformators
Der Einsatz des systemischen Denkansatzes ist vorteilhaft, um den Rest des Artikels zu verstehen, da er eine einzigartige Funktionsweise und eine spezifische Art der Durchführung von Tests hat.
- Das System des Magneten umfasst den laminierten Kern, der die Funktion der Energieübertragung und der Spannungsumwandlung erfüllt.
- Das elektrische System besteht aus den Niederspannungs- und Hochspannungswicklungen, ihren Verbindungen und den Verbindungen, die innerhalb von ihnen hergestellt werden.
- Die dielektrische Funktion besteht darin, den elektrischen Stromfluss zu verhindern und die dielektrischen Eigenschaften aufrechtzuerhalten.
- Das mechanische System besteht aus dem Mechanismus zum Pressen des Kerns, dem Wickelrahmen und dem Tank mit den Wicklungen.
- Die Funktion des Wärmeübergangs besteht aus den Geräten zur Kühlung, Ventilatoren, dem System zur Ölzirkulation und Temperaturmessgeräten.
- Die Steuer- und Schutzsysteme bestehen aus Buchholz-Relais, Sensoren für Druck, Temperatur und Gasanalysen.
Der Kern: Wo die Leerlaufverluste entschieden werden
Der Kern besteht aus einer Reihe von dünnen Stahlplatten, die übereinander gestapelt sind und fast immer aus kaltgewalztem, kornorientiertem Siliziumstahl, CRGO, bestehen. Die Kornorientierung ist wichtig, da der magnetische Fluss in Richtung der Walzung verläuft, was der Art und Weise entspricht, wie der Kern hergestellt wird. Der Siliziumgehalt, der zwischen 3 und 4% liegt, erhöht die Widerstandsfähigkeit und ermöglicht die Unterdrückung von Wirbelströmen, und die Dicke der Laminierung erledigt den Rest der Arbeit.
| Eigenschaft | Was Sie in einer Spezifikation sehen werden |
|---|---|
| Laminierungsdicke | 0,23 mm, 0,27 mm oder 0,30 mm, gelegentlich 0,35 mm |
| Qualität | M3 / M4 / M5 konventionelle oder hochinduktive Klassen wie 23HP85 |
| Kernverlust | 0,85 bis 1,40 W/kg bei 1,7 T, 50 Hz, abhängig von der Klasse |
| Stapelfaktor | 95% bis 98% |
| Fugenart | Stufenüberlappung, 45° schräg, mit Grat von 10 bis 20 µm |
| Oberflächenbeschichtung | C5 oder C6 Isolierbeschichtung gemäß IEC 60404-1 |
Zwei Reihen sind von kommerzieller Bedeutung. In Bezug auf die Kernverluste können wir sagen, dass der Wechsel von einem Universalkern mit etwa 1,30 W/kg Gewicht für 0,30 mm Dicke zu einem Hochleistungs-Kern mit 0,85 W/kg Gewicht für 0,23 mm Dicke in einer Reduzierung des Leerlaufverlusts in einem Transformator um ein Drittel resultiert. Ein Transformator, der 8.760 Stunden im Jahr arbeitet, profitiert erheblich von diesem Unterschied, obwohl er von außen nicht sichtbar ist.
Eine weitere wichtige Reihe bezieht sich auf die Fuge. Eine Stufenüberlappungsfuge mit minimiertem Grat erleichtert es, den Spalt zu reduzieren, was zu einem niedrigeren Erregungsstrom, weniger Geräuschen sowie Streuverlusten führt. Die Leistung eines Kerns, der mit einer stumpfen Fuge und rauem Schnitt hergestellt wurde, sieht jedoch gleich aus, ist aber erheblich schlechter.
Die Wicklungen: Kupfer, Aluminium und die Fugen dazwischen
Verteiltransformatoren sind so konstruiert, dass die Niederspannungswicklung am nächsten zum Kern und die Hochspannungswicklung weiter entfernt davon angeordnet ist, was dazu dient, den Isolationsraum zwischen der Wicklung und dem Kern zu sparen und das Abzapfen der Wicklung zu erleichtern. Die Wicklung besteht aus Kupfer oder Aluminium in Form von runden oder flachen Drähten.
Der Grund für diesen Austausch ist recht einfach, wird jedoch oft missinterpretiert. Die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer beträgt 100% IACS, die Leitfähigkeit von Aluminium liegt bei etwa 61%, was bedeutet, dass eine Aluminiumwicklung mit dem gleichen Widerstand etwa 1,6-mal größer im Querschnitt sein sollte. Da Aluminium auch viel leichter ist, ist die endgültige Wicklung erheblich leichter, und ein kompletter Aluminiumtransformator wiegt viel weniger als sein Kupferäquivalent mit denselben Spezifikationen. Dieser Gewichtsunterschied ist einer der schnellsten Feldtests für Käufer.
Das Hauptmerkmal, das sich ändert, ist nicht die Effektivität eines ordnungsgemäß konstruierten Geräts, die sich bei voller Last nur um einige Zehntelprozent unterscheidet, sondern die Fugen. Die Fuge zwischen der Aluminium- und Kupferwicklung oder zwei Aluminiumwicklungen muss ihre Oxidbeschichtung entfernt und versiegelt werden, da sie sonst Heizprobleme verursachen. Es gilt heute als Standardpraxis, Zinnbeschichtungen, bimetallische Übergangsplatten, Ultraschallschweißen zu verwenden und, wenn das Budget es zulässt, eine höhere Isolierklasse im Gerätdesign zu verwenden, um die thermische Zuverlässigkeit des Gerätdesigns sicherzustellen.
Für ölgetauchte Verteilungseinheiten im Bereich von 11 kV bis 33 kV ist dies der Teil des Designs, wo ein niedriges Angebot normalerweise zuerst auftaucht, und es lohnt sich, die eigene Beschreibung eines Lieferanten über ihre ölgetauchten Verteiltransformatoren zu lesen, bevor man Preise vergleicht, da die Formulierungen zu Wickelmaterial und Fugenmethode selten zufällig sind.
Isolierung und Öl: Die Teile, die langsam ausfallen
Das Isoliermaterial eines Transformators ist die Kombination aus Kraftpapier und Pressspan, das mit Öl behandelt wird, und die Lebensdauer hängt von Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt ab. Dies ist praktisch die gesamte Geschichte der Zuverlässigkeit in einer Zeile.
Das Papier versagt nicht abrupt. Es depolymerisiert, was zu einem Verlust der mechanischen Festigkeit führt, und der Polymerisationsgrad sinkt von 1.000 des neuen Papiers auf 200 oder weniger am Ende der Lebensdauer. Die Produkte der Alterung umfassen Furanverbindungen, und aus diesem Grund wird eine Furananalyse als Indikator für das Lebensende durchgeführt, zusätzlich zu dem Wasser, das verarbeitet wird.
Das Öl erfüllt gleichzeitig drei Aufgaben: Isolierung, Wärmeübertragung von den Wicklungen zu den Kühlern und Zustandsberichterstattung. Neues Mineralöl muss eine Durchschlagspannung von mindestens 30 kV auf dem Abstand von 2,5 mm aufweisen, und ein Feuchtigkeitsgehalt von mehreren Teilen pro Million kann diesen Wert halbieren. Aus diesem Grund ist die Ölprüfung der kostengünstigste Weg der Diagnostik, und so kann der Transformator, der eine schöne Farbe und nasses Öl hat, trotzdem ausfallen.
Im Falle einer Trockenbau-Einheit ist das dielektrische System anders, und der Modus des Versagens ändert sich ebenfalls. Das Epoxid-Gießen der Wicklungen erfolgt mit der Grenze der Teilentladung, die normalerweise bei 10 pC oder weniger gemäß IEC 60076-11 liegt, und selbst ein Gießen mit Hohlräumen kann den Prüfstand der Netzfrequenz bestehen, wird jedoch während des Betriebs weiterhin entladen, bis es zu einem Durchschlag kommt.
Der Abgriffwechsler
Verteilungstransformatoren nutzen normalerweise einen Abgriffwechsler im Stromkreis, der eine Art manuellen Schalter darstellt, der die Behandlung der Hochspannungswicklungen des Transformators in einigen Stufen modifiziert, die normalerweise etwa ±5% in Schritten von etwa 2.5% entsprechen. Der Abgriffwechsler wird in der Inbetriebnahmephase so eingestellt, dass er der effektiven Spannung im Allgemeinen entspricht, sodass er abgedeckt ist und keine Wartung benötigt.
Transformatoren, die für größere und Übertragungsanwendungen ausgelegt sind, sind so konzipiert, dass sie den Lastabgriffwechsler verwenden, der es ermöglicht, die Abgriffe des Transformators bei durch den Abgriffwechsler fließender Spannung zu ändern. Der Unterschied in der Wartungsbelastung ist erheblich, und dies wird in dieser Erklärung des Lastabgriffwechsler und was er tut.
Eine praktische Anmerkung: Die Beschwerden über “niedrige Spannung am Ende des Zuleitungsnetzes” sind oft darauf zurückzuführen, dass ein Abgriffwechsler auf dem falschen Abgriff belassen wurde, und dies sollte die erste Überprüfung sein, bevor man dem Versorgungsunternehmen die Schuld gibt.
Tank, Ausdehnungsgefäß, Entlüfter und das Buchholz-Relais
Neben der Lagerung von Öl hält der Tank auch den Kern- und Spulenbereich des Transformators, schützt vor internen Fehlern, bietet eine Kühlfläche und unterstützt Durchführungen und Zubehör.
Der Kühlbereich wird durch Radiatoren oder gewellte Bleche mit installierten Ventilatoren für die Zwangskühlung in einem größeren Gerät bereitgestellt. Über dem Tank befindet sich ein Konservator, der ein kleiner Tank ist, der das Volumen der Ölerweiterung hält. Der Konservator stellt sicher, dass der Haupttank voll ist und dass die Durchführungen und der obere Teil der Wicklung in einem Temperaturbereich von -20 °C bis + 50 °C in Öl eingetaucht sind.
Der Entlüfter befindet sich am Ende der Kette. Er besteht aus Silikagel, das Feuchtigkeit aus der Luft absorbiert, die den Tank füllt, wenn das Öl abkühlt. Der Wechsel von Blau zu Pink ist wahrscheinlich das einzige Zeichen für den Zustand des Öls.
Das Buchholz-Relais ist ein Element der Pipeline zwischen dem Tank und dem Konservator. Die Relais haben zwei Teile: einen, der auf einen langsamen Gasaufbau reagiert, und den zweiten, der auf den Ölschub zum Konservator reagiert, wenn die Druckwelle, die durch den Fehler verursacht wird, auftritt. Wie der Entlüfter und das Relais zusammenarbeiten, wird in dieser Notiz zu den Kernfunktionen des Entlüfters und des Gasrelais dargelegt..
Das Druckentlastungsgerät ist die letzte Linie. Wenn ein Lichtbogen Gas schneller erzeugt, als das Buchholz reagieren kann, hebt sich das PRD und entlüftet, idealerweise weg von dem Ort, an dem sich Menschen aufhalten.
Durchführungen und Kabelkästen
Die Durchführungen dienen als Teil, der es dem Strom ermöglicht, in einen geerdeten Tank einzutreten, ohne einen Durchschlag zu verursachen. Es handelt sich um eine spezielle Art von Isolator; sie besteht aus ölgesättigtem Papier in Porzellan für die Mittelspannung und ist mit einem Kondensator-Kern ausgestattet, der das elektrische Feld zwischen dem Leiter und der Flansch ausgleicht. Sie besteht auf der Niederspannungsseite aus Porzellan oder Epoxid, während auch eine Kabelbox mit Phasentrennung installiert werden kann.
Durchführungen können tatsächlich häufiger ausfallen, als man denkt, und die Gründe sind mühsam, Probleme wie rissiges Porzellan, abgenutzte Dichtungen, überdrehte Anschlüsse und blockierte Belüftungsöffnungen. Überprüfen Sie zuerst die Durchführungen bei der Transformatorinspektion, da ein Haarriss leicht zu erkennen und zu beheben ist, während ein Durchschlag nicht.
Was sich in einem Trockentransformator ändert
Im Falle eines Trockentransformators wird kein Öl, kein Konservator, kein Entlüfter oder Buchholzrelais verwendet, und Luft sowie feste Isolierung nehmen die Position des Dielektrikums ein. Die Wicklungen sind mit Epoxidharz imprägniert und verkapselt, während der CRGO-Stapel als Kern fungiert.
Es ist nur eine Frage des Kompromisses. Sie befreien sich von der Brandlast des Öls und der Wartung des Öltransformators, weshalb solche Einheiten in Gebäuden, Krankenhäusern, Tunneln und Rechenzentren installiert werden. Aber sie haben den Preis, empfindlicher gegenüber Feuchtigkeit und Schmutz zu sein, da Luft eine niedrigere dielektrische Festigkeit als Öl hat und die verschmutzte Oberfläche der Wicklung das Risiko birgt, einen Leckpfad zu bilden. Die Isolierklasse reicht bis F oder H, während das Kühlsystem entweder AN oder AF wird und der Teilentladungstest von größter Bedeutung ist.
Wenn die Anwendung drinnen ist und das Brandrisiko dominiert, sieht die Spezifikation ganz anders aus als bei einer Öleinheit, und dieser Überblick über Trockenverteiltransformatoren behandelt die Klassen und Kühlcodes im Detail.
Wie man einen Transformator anhand des Inneren beurteilt
Sie können nicht in einen versiegelten Tank sehen, und das müssen Sie auch nicht. Sieben Kontrollpunkte decken das meiste Risiko ab.
| Kontrollpunkt | Was zu fragen ist | Wie eine schlechte Antwort aussieht |
|---|---|---|
| Kernqualität | Werkstoffprüfzertifikat, das die Qualität und Dicke angibt | “Hochwertiger Siliziumstahl” ohne Qualitätsangabe |
| Wickelmaterial | Angegebene Leiter- und Verbindungsart sowie Einheitsmasse | Stille über die Verbindung oder Masse weit unter dem Durchschnitt |
| Verlustprüfung | Gemessene Leerlauf- und Lastverluste im Vergleich zu garantierten Werten | Nur garantierte Zahlen, keine Messung |
| Kurzschlussfestigkeit | Prüfbericht gemäß IEC 60076-5 oder eine Entwurfsberechnung | Die Behauptung, dass Tests “nicht notwendig” sind” |
| Temperaturanstieg | Typprüfungsergebnis gemäß IEC 60076-2 | Eine berechnete Zahl, die als gemessen präsentiert wird |
| Ölzustand | Durchschlagspannung und Feuchtigkeit bei Versand | Kein Öltest bei einer Öleinheit |
| Teilentladung | Routinemäßige PD-Messung, insbesondere bei Trockenbau | “PD ist für diese Klasse nicht erforderlich” |
Die Bedeutung der Messung von Verlusten wird hervorgehoben. Gemäß IEC 60076-1 dürfen die maximalen Gesamtverluste +15% betragen, was bedeutet, dass das Design, das diese Anforderung erfüllt, kostspieliger ist als das, das auf dem durchschnittlichen Verlustniveau ausgelegt wurde. Daher ist es ratsam, nach den tatsächlichen Werten anstelle von Garantien zu fragen und den Vergleich zwischen verschiedenen Angeboten durchzuführen. Die Prüfmethoden selbst sind in diesem Leitfaden behandelt. zur Prüfung eines Transformators.
Was Sie nicht sehen können und worum Sie bitten sollten.
Drei unsichtbare Bestandteile sind ein entscheidender Faktor für die Lebensdauer des Tanks. Sie sind die Kernklemmung, die Wicklungsversteifung und die Isolationsfeuchtigkeit beim Abdichten.
Der Zustand der Kernklemmung kann aus den Geräusch- und Leerlaufstrommessungen geschätzt werden. Wenn die Laminate nicht fest sitzen, wird das Geräusch allmählich zunehmen. Die Wicklungsversteifung kann mit Hilfe von Kurzschlusstests bewertet werden. Dies macht den Typentest, der für die Prototypen durchgeführt wird, zu einer wertvolleren Informationsquelle als ein Stapel nicht zusammenhängender Qualitätszertifikate. Die Isolationsfeuchtigkeit kann nur einige Jahre nach dem Abdichtungsprozess des Tanks beobachtet werden.
Sie sollten vor dem Befüllen des Tanks nach Fotos des Kerns und der Wicklungen, den Daten zum Klemmdruck des Kerns und den Informationen zum Vakuum- und Ölfüllprozess fragen. Das Unternehmen, das die oben genannten Operationen durchführt, wird Ihnen die erforderlichen Informationen ohne Zögern bereitstellen. Wenn das Unternehmen diese Informationen nicht bereitstellen kann oder will, wird es auf ein völlig anderes Thema umschwenken.
FAQ
Was sind die Hauptteile eines Transformators?
Wir haben die folgenden Komponenten: Kern, LV-Wicklung, HV-Wicklung, Isolierung wie Papier, Pressspan und Öl oder Epoxidisolierung bei Trockentransformatoren, Abzapfwechsler, Durchführungen, Tank, Kühler, Ausdehnungsgefäß, Entlüfter, Buchholz-Relais, Druckentlastungsgerät und Thermometer. In größeren Transformatoren haben wir auch Durchführungs-CTs und Überwachungs-Sensoren.
Warum ist der Kern laminiert und nicht massiv?
Um den Weg der Wirbelströme zu stoppen. Ein massiver Stahlkern würde signifikante zirkulierende Ströme durch das Metall zulassen, wodurch es erhitzt wird und Energie verschwendet wird. Dünne Schichten, die durch eine Isolationsschicht voneinander isoliert sind, beschränken diese Ströme auf kleine Schleifen und verringern somit die Verluste erheblich.
How can I tell if a transformer is copper or aluminium wound?
Investigate the unit mass with comparable units from different manufacturers, check the data plate and test report, and request written confirmation of winding material. An aluminum winding will require 1.6 times greater size of the conductor, as well as letting the unit attain a lower weight. Note that physical verification can take place only on a broken or disassembled unit.
What is the oil inside a transformer for?
There are three aspects: insulation, heat transfer from the coils to the radiators, and condition monitoring. The breakdown voltage of oil and moisture level are the two main measures that provide information on the condition of oil-immersed equipment.
Referenzen
- Rex Power Magnetics — What Is Inside a Power Transformer
- Daelim Transformer — Inside the Transformer
- High To Low Voltage — Transformer Parts Guide
- Reinhausen — On-Load Tap Changers and Transformer Monitoring
- Nynas — Transformer Oil Technology and Testing
Fazit
Transferring power is done through the steel, conductor, paper, oil, and few protective devices which are part of the transformer. There are few types of components which are common in transformers. Difference is made by the type of steel used, accurate measurements of losses, quality of the joints, and whether the unit was dry when sealed.Send information regarding the request, process, and losses and we will send all specifications of transformers including coating grade and winding specifications, not only the price.