Как только вы откроете распределительный трансформатор, единственные вещи, которые вы увидите внутри, это металлы (сталь, алюминий или медь), бумага, масло, фарфор и т.д. Вы также увидите несколько устройств, которые служат единственной целью - защищать трансформатор от всего, что может с ним пойти не так. Если вы сравните трансформаторы, которые служат тридцать лет, и те, которые ломаются через четыре, следует отметить, что конструктивные элементы обоих этих машин не отличаются, но то, что на самом деле меняется, это качество их конструктивных элементов и их измерительная точность. Руководство, которое вы собираетесь прочитать, расскажет вам, что вы найдете в трансформаторе и какие функции выполняют все эти элементы. Вы также узнаете факторы удовлетворенности покупкой трансформаторов, а также как определить, был ли трансформатор плохо изготовлен или является высококачественным.
Внутри трансформатора находится ламинированный стальной сердечник, низковольтная обмотка и высоковольтная обмотка, а также система изоляции, состоящая из бумаги, прессованной древесины и масла (сухой тип использует эпоксидную смолу вместо масла). Переключатель отводов трансформатора показывает проводники через бак. Радиатор является частью бака, есть консерватив с осушителем силикагеля, есть реле Бухгольца, система сброса давления, а также термометры. Именно сердечник определяет потери в холостом режиме, обмотки определяют потери при нагрузке и прочность на короткое замыкание; изоляция определяет срок службы трансформатора, а аксессуары показывают состояние производителя.
Шесть систем внутри трансформатора
Использование подхода системного мышления полезно для понимания остальной части статьи, потому что он имеет уникальную работу и специфический способ проведения испытаний.
- Система магнита включает в себя ламинированный сердечник, который выполняет функцию передачи энергии и преобразования напряжения.
- Электрическая система состоит из низковольтных и высоковольтных обмоток, их соединений и соединений, которые выполняются внутри них.
- Диэлектрическая функция заключается в предотвращении протекания электрического тока и поддержании диэлектрических свойств.
- Механическая система состоит из механизма для прессования сердечника, каркаса обмотки и бака с обмотками.
- Функция теплопередачи состоит из устройств для охлаждения, вентиляторов, системы циркуляции масла и устройств для измерения температуры.
- Системы управления и защиты состоят из реле Бухгольца, датчиков давления, температуры и газового анализа.
Сердечник: где решаются потери в режиме холостого хода
Сердечник состоит из серии тонких стальных пластин, уложенных друг на друга, которые почти всегда изготовлены из холоднокатаной кремнистой стали с ориентированным зерном, CRGO. Ориентация зерна важна, потому что магнитный поток идет вдоль направления прокатки, что соответствует способу производства сердечника. Содержание кремния, которое составляет от 3 до 4%, увеличивает сопротивление, позволяя подавлять вихревые токи, а толщина ламинации выполняет оставшуюся часть работы.
| Свойство | Что вы увидите в спецификации |
|---|---|
| Толщина ламинации | 23 мм, 0.27 мм или 0.30 мм, иногда 0.35 мм |
| Группа | M3 / M4 / M5 обычные или высокоиндукционные сорта, такие как 23HP85 |
| Потери в сердечнике | 85 до 1.40 Вт/кг при 1.7 Т, 50 Гц, в зависимости от сорта |
| Коэффициент укладки | 95% до 98% |
| Тип соединения | Ступенчатое скошенное, 45° с фаской, с заусенцем, удерживаемым в пределах 10 до 20 мкм |
| Поверхностное покрытие | Изоляционное покрытие C5 или C6 по IEC 60404-1 |
Две строки имеют коммерческое значение. В терминах потерь в сердечнике можно сказать, что переход от сердечника общего назначения с потерями примерно 1.30 Вт/кг при толщине 0.30 мм к высококачественному сердечнику с потерями 0.85 Вт/кг при толщине 0.23 мм приводит к снижению потерь в холостом режиме на одну треть в трансформаторе. Трансформатор, работающий 8,760 часов в год, значительно выигрывает от этой разницы, хотя это не видно снаружи бака.
Еще одна важная строка связана с соединением. Ступенчатое скошенное соединение с минимизированным заусенцем облегчает уменьшение зазора, что означает меньший возбуждающий ток, шум, а также потери на рассеяние. Однако производительность сердечника, выполненного с помощью торцевого соединения и грубого среза, выглядит аналогично, но значительно хуже.
Обмотки: медь, алюминий и соединения между ними
Распределительные трансформаторы спроектированы таким образом, что обмотка низкого напряжения располагается ближе к сердечнику, а обмотка высокого напряжения находится дальше от него, что позволяет сэкономить пространство для изоляции между обмоткой и сердечником и облегчает отвод обмотки. Обмотка выполнена из меди или алюминия в виде круглого или плоского провода.
Причина этой замены довольно проста, хотя часто неправильно интерпретируется. Электрическая проводимость меди составляет 100% IACS, проводимость алюминия около 61%, что означает, что для создания алюминиевой обмотки с тем же сопротивлением ее сечение должно быть примерно в 1.6 раза больше. Поскольку алюминий также намного легче, окончательная обмотка значительно легче, и полный алюминиевый трансформатор весит намного меньше, чем его медный аналог с теми же характеристиками. Эта разница в весе является одним из самых быстрых полевых тестов для покупателей.
Главное, что меняется, это не эффективность правильно сконструированного устройства, которая варьируется всего на несколько десятых процента при полной нагрузке, а соединения. Соединение между алюминиевой и медной обмоткой или двумя алюминиевыми обмотками должно быть очищено от оксидного покрытия и запечатано, иначе они вызовут проблемы с нагревом. Сегодня считается стандартной практикой использовать оловянное покрытие, биметаллические переходные пластины, ультразвуковую сварку и, если бюджет позволяет, использовать более высокий класс изоляции в конструкции устройства для обеспечения тепловой надежности конструкции устройства.
Для распределительных устройств, погруженных в масло, в диапазоне от 11 кВ до 33 кВ, это та часть конструкции, где низкая ставка обычно проявляется первой, и стоит прочитать собственное описание поставщика их диапазона распределительных трансформаторов, погруженных в масло перед сравнением цен, потому что формулировка, касающаяся материала обмотки и метода соединения, редко бывает случайной.
Изоляция и масло: части, которые медленно выходят из строя
Изоляционный материал трансформатора представляет собой комбинацию крафт-бумаги и прессованной бумаги, обработанной маслом, а срок службы зависит от температуры и влажности. Это практически вся история надежности в одной строке.
Бумага не выходит из строя внезапно. Она деполимеризуется, что приводит к потере механической прочности, а степень полимеризации уменьшается с 1,000 новой бумаги до 200 или менее к концу срока службы. Продукты старения включают соединения фурана, и по этой причине анализ фурана выполняется как индикатор конца срока службы, в дополнение к воде, которая обрабатывается.
Масло выполняет три задачи одновременно: изоляция, передача тепла от обмоток к радиаторам и отчет о состоянии. Новое минеральное масло должно иметь пробивное напряжение не менее 30 кВ, проверенное на зазоре 2,5 мм, а уровень влаги в десятках частей на миллион может уменьшить это значение вдвое. По этой причине тестирование масла является самым дешевым способом диагностики, и именно поэтому трансформатор с красивой краской и влажным маслом все еще может выйти из строя.
В случае сухого устройства диэлектрическая система отличается, и режим отказа также меняется. Эпоксидная заливка обмоток выполняется с пределом частичного разряда обычно 10 пК или менее в соответствии с IEC 60076-11, и даже заливка с пустотами может пройти тест на частоту сети, но все равно будет разряжаться в процессе работы, пока не произойдет трекинг.
Переключатель отводов
Распределительные трансформаторы обычно используют переключатель отводов вне цепи, который представляет собой тип ручного переключателя, изменяющего обработку высоковольтных обмоток трансформатора на несколько шагов, которые обычно равны примерно ±5% с шагами около 2.5%. Переключатель отводов устанавливается на этапе ввода в эксплуатацию, чтобы соответствовать эффективному напряжению в общих чертах, так что он закрыт и не требует обслуживания.
Трансформаторы, предназначенные для более крупных и трансмиссионных приложений, спроектированы для использования переключателя отводов под нагрузкой, который позволяет изменять отводы трансформатора при прохождении напряжения через переключатель отводов. Разница в нагрузке по обслуживанию значительна, и это охватывается в этом объяснении переключателя отводов под нагрузкой и его функций.
Практическое замечание: жалобы на “низкое напряжение на дальнем конце линии” часто связаны с тем, что переключатель отводов оставлен на неправильном отводе, и это должно быть первой проверкой, прежде чем обвинять коммунальные службы.
Резервуар, консерватор, воздухоотвод и реле Бухгольца
Кроме хранения масла, резервуар также содержит сердечно-обмоточную часть трансформатора, защищает от внутренних неисправностей, обеспечивает охлаждающую поверхность и поддерживает вводы и аксессуары.
Охлаждающая зона обеспечивается радиаторами или гофрированными листами с установленными вентиляторами для принудительного охлаждения в большем блоке. Над баком находится консерватор, который представляет собой небольшой бак, удерживающий объем расширения масла. Консерватор обеспечивает заполнение основного бака и погружение вводов и верхней части обмотки в масло в температурном диапазоне от -20 °C до + 50 °C.
Вентиль находится в конце цепи. Он состоит из силикагеля, который поглощает влагу из воздуха, заполняющего бак, когда масло остывает. Переход от синего к розовому, вероятно, является единственным признаком состояния масла.
Реле Бухгольца является элементом трубопровода между баком и консерватором. Реле имеют две части: одна реагирует на медленное накопление газа, а вторая реагирует на всплеск масла в консерватор, когда происходит ударная волна, вызванная неисправностью. Как вентиль и реле работают вместе, изложено в этой заметке о основных функциях вентиля и газового реле.
Устройство сброса давления является последней линией. Если дуга генерирует газ быстрее, чем может среагировать Бухгольц, устройство сброса давления поднимается и сбрасывает, желательно в сторону от людей.
Вводы и кабельные коробки
Ввод служит частью, которая позволяет току входить в заземленный бак без возникновения пробоя. Это специальный тип изолятора; он изготовлен из пропитанной маслом бумаги в фарфоре для среднего напряжения и оснащен конденсаторным сердечником, который уравновешивает электрическое поле между проводником и фланцем. Он изготовлен из фарфора или эпоксидной смолы с низкой стороны напряжения, в то время как кабельная коробка с фазовым разделением также может быть установлена.
Вводы могут на самом деле выходить из строя чаще, чем можно было бы подумать, и причины этого утомительны, такие как трещины в фарфоре, изношенные прокладки, чрезмерно затянутые клеммы и заблокированные вентиляционные отверстия. Проверьте ввод в первую очередь при инспекции трансформатора, так как трещина в волосок легко обнаруживается и исправляется, в то время как пробой — нет.
Что меняется в трансформаторе сухого типа
В случае сухого трансформатора масла, консерватора, воздухоотводчика или реле Бухгольца не будет, и воздух, а также твердая изоляция займут место диэлектрика. Обмотки пропитаны и заключены в эпоксидный литье, в то время как стержень CRGO действует как сердечник.
Это всего лишь вопрос компромисса. Вы избавляетесь от огнеопасной нагрузки масла и обслуживания масляного трансформатора, именно поэтому такие устройства устанавливаются в зданиях, больницах, туннелях и дата-центрах. Но они имеют цену в виде большей чувствительности к влаге и грязи, поскольку воздух имеет более низкую диэлектрическую прочность, чем масло, и грязная поверхность обмотки имеет риск стать путем утечки. Класс изоляции поднимается до F или H, в то время как система охлаждения становится либо AN, либо AF, и испытание на частичные разряды имеет основное значение.
Если применение происходит в помещении и риск пожара преобладает, спецификация выглядит совершенно иначе, чем у масляного устройства, и этот обзор трансформаторов распределения сухого типа охватывает классы и коды охлаждения более подробно.
Как оценить трансформатор по тому, что внутри
Вы не можете увидеть внутри запечатанного бака, и вам это не нужно. Семь контрольных точек охватывают большинство рисков.
| Контрольная точка | Что спросить | Как выглядит плохой ответ |
|---|---|---|
| Класс сердечника | Сертификат испытаний на заводе с указанием класса и толщины | “Высококачественная кремниевая сталь” без указания класса |
| Материал обмотки | Указанный метод соединения и проводника, плюс масса устройства | Молчание о соединении или масса значительно ниже аналогов |
| Испытание на потери | Измеренные потери в режиме холостого хода и под нагрузкой по сравнению с гарантированными значениями | Только гарантированные цифры, без измерений |
| Стойкость к короткому замыканию | Испытательный отчет по IEC 60076-5 или расчет проектирования | Утверждение, что испытания “не нужны” |
| Повышение температуры | Результат типового испытания по IEC 60076-2 | Рассчитанная величина, представленная как измеренная |
| Состояние масла | Напряжение пробоя и влажность при отгрузке | Никаких испытаний масла вообще на масляном устройстве |
| Частичное разряд | Регулярное измерение частичных разрядов, особенно на сухом типе | “Частичные разряды не требуются для этого класса” |
Подчеркивается важность измерения потерь. В соответствии с IEC 60076-1 максимальные допустимые общие потери составляют +15%, что означает, что проект, соответствующий этому требованию, будет более дорогим, чем тот, который был разработан на среднем уровне потерь. Поэтому целесообразно запрашивать фактические значения вместо гарантий и проводить сравнение между различными предложениями. Методы испытаний сами по себе описаны в этом руководстве. тестированию трансформатора.
Что вы не можете увидеть и должны запросить
Три невидимых компонента являются решающим фактором для срока службы резервуара. Это зажим ядра, укрепление обмотки и сухость изоляции на герметизации.
Состояние зажима ядра можно оценить по шуму и показаниям тока холостого хода. Если ламели не плотно подогнаны, шум будет постепенно увеличиваться. Укрепление обмотки можно оценить с помощью испытаний короткого замыкания. Это делает типовые испытания, проведенные для прототипов, более ценным источником информации, чем куча несвязанных сертификатов качества. Сухость изоляции можно наблюдать только через несколько лет после процесса герметизации резервуара.
Вы должны запросить фотографии ядра и катушек до герметизации резервуара, данные о давлении зажима ядра и информацию о вакуумировании и заливке масла. Компания, выполняющая вышеупомянутые операции, предоставит вам необходимую информацию без колебаний. Если компания не может или не хочет предоставить ее, она переключится на совершенно другую тему.
Часто задаваемые вопросы
Каковы основные части внутри трансформатора?
У нас есть следующие компоненты: ядро, обмотка низкого напряжения, обмотка высокого напряжения, изоляция, такая как бумага, прессованная доска и масло, или эпоксидная изоляция в типах сухих трансформаторов, переключатель отводов, вводы, резервуар, радиаторы, консерватор, воздухоотводчик, реле Бухгольца, устройство сброса давления и термометры. В больших трансформаторах также имеются вводные трансформаторы тока и датчики мониторинга.
Почему ядро ламинировано, а не цельное?
Чтобы остановить путь вихревых токов. Цельное стальное ядро позволило бы значительным циркулирующим токам проходить через металл, тем самым нагревая его и теряя энергию. Тонкие слои, изолированные друг от друга слоем изоляционного покрытия, сдерживают эти токи в небольших петлях, тем самым значительно уменьшая потери.
Как я могу определить, намотан ли трансформатор медью или алюминием?
Исследуйте массу устройства с сопоставимыми устройствами от разных производителей, проверьте табличку данных и отчет об испытаниях, и запросите письменное подтверждение материала обмотки. Алюминиевая обмотка потребует в 1,6 раза большего размера проводника, а также позволит устройству достичь меньшего веса. Обратите внимание, что физическая проверка может быть проведена только на сломанном или разобранном устройстве.
Для чего нужно масло внутри трансформатора?
Существует три аспекта: изоляция, передача тепла от катушек к радиаторам и мониторинг состояния. Напряжение пробоя масла и уровень влажности — это два основных показателя, которые предоставляют информацию о состоянии оборудования, погруженного в масло.
Ссылки
- Rex Power Magnetics — Что внутри силового трансформатора
- Daelim Transformer — Внутри трансформатора
- Высокое к низкому напряжению — Руководство по частям трансформатора
- Reinhausen — Переключатели под нагрузкой и мониторинг трансформаторов
- Nynas — Технология и испытания трансформаторного масла
Заключение
Передача энергии осуществляется через сталь, проводник, бумагу, масло и несколько защитных устройств, которые являются частью трансформатора. Существуют несколько типов компонентов, которые общие для трансформаторов. Разница заключается в типе используемой стали, точных измерениях потерь, качестве соединений и в том, была ли единица сухой при запечатывании. Отправьте информацию о запросе, процессе и потерях, и мы отправим все спецификации трансформаторов, включая класс покрытия и спецификации обмотки, а не только цену.