Tehomuuntajat — laite ja toimintaperiaate

Kun sähköä kuljetetaan pitkiä matkoja, käytetään muunnosperiaatetta häviöiden vähentämiseksi. Tätä tarkoitusta varten generaattoreiden tuottama sähkö syötetään muuntaja-asemalle. Se lisää sähkölinjaan tulevan jännitteen amplitudia.

Siirtojohdon toinen pää on kytketty etäsähköaseman tuloon. Siinä jännitettä vähennetään sähkön jakamiseksi kuluttajien kesken.

Molemmilla sähköasemilla suuritehoisen sähkön muuntamiseen osallistuvat erityiset tehonsyöttölaitteet:

1. muuntajat;

2. automaattimuuntajat.

Niillä on monia yhteisiä piirteitä ja ominaisuuksia, mutta ne eroavat tietyiltä toimintaperiaatteilta. Tässä artikkelissa kuvataan vain ensimmäiset mallit, joissa sähkön siirto yksittäisten kelojen välillä johtuu sähkömagneettisesta induktiosta. Tässä tapauksessa amplitudiltaan vaihtelevat virran ja jännitteen harmoniset säilyttävät värähtelytaajuuden.

Muuntajia käytetään muuttamaan matalajännitteistä vaihtovirtaa korkeammaksi jännitteeksi (porrasmuuntajat) tai suuremman jännitteen alemmaksi jännitteeksi (porrasmuuntajat). Yleisimpiä ovat voimamuuntajat yleiskäyttöön voimajohtoihin ja jakeluverkkoihin. Tehomuuntajat on useimmissa tapauksissa rakennettu kolmivaihevirtamuuntajiksi.

Laitteen ominaisuudet

Sähkövoimamuuntajat asennetaan valmiiksi valmisteltuihin kiinteisiin paikkoihin, joissa on vahva perusta. Telat ja rullat voidaan asentaa sijoitettaviksi maahan.

Alla olevassa kuvassa on yleiskuva yhdestä monista tehomuuntajatyypeistä, jotka toimivat 110/10 kV jännitejärjestelmillä ja joiden kokonaisteho on 10 MVA.

Jotkut sen rakenteen yksittäiset elementit on varustettu allekirjoituksilla. Tarkemmin pääosien järjestely ja niiden keskinäinen järjestely on esitetty piirustuksessa.

Muuntajan sähkölaitteet on sijoitettu metallikoteloon, joka on tehty suljetun kannellisen säiliön muodossa. Se on täytetty erikoisluokan muuntajaöljyllä, jolla on korkeat dielektriset ominaisuudet ja jota käytetään samalla lämmön poistamiseen osista, joihin kohdistuu suuria virtakuormia.

Säiliön sisään on asennettu sydän 9, johon on sijoitettu käämit pienjännitekäämeillä 11 ja suurjännitteellä 10. Muuntajan etuseinä on 8. Korkeajännitekäämin navat on kytketty posliinieristeiden läpi kulkeviin tuloihin 2.

Pienjännitekäämin käämit on kytketty myös eristimien 3 läpi kulkeviin johtimiin.Kansi kiinnitetään säiliön yläreunaan ja niiden väliin on asetettu kumitiiviste estämään öljyn vuotaminen säiliön ja kannen väliseen liitokseen. Säiliön seinään porataan kaksi riviä reikiä, joihin on hitsattu ohutseinäiset putket 7, joiden läpi öljy virtaa.

Kannessa on nuppi 1. Sitä kääntämällä voit vaihtaa suurjännitekäämin kierrosta säätääksesi jännitettä kuormitettuna. Kanteen hitsataan puristimet, joihin on asennettu säiliö 5, jota kutsutaan laajennettavaksi.

Siinä on öljytason valvontaa varten lasiputkella varustettu osoitin 4 ja ympäröivän ilman kanssa kommunikointia varten suodattimella varustettu tulppa 6. Muuntaja liikkuu rullilla 12, joiden akselit kulkevat säiliön pohjaan hitsattujen palkkien läpi. .

Kun virtaa suuria virtoja, muuntajan käämiin kohdistuu voimia, joilla on taipumus muuttaa niitä. Käämien lujuuden lisäämiseksi ne kääritään eristyssylintereihin. Jos neliönauha asetetaan ympyrään, ympyrän pinta-alaa ei käytetä täysin. Siksi muuntajan tangot valmistetaan porrastettuna poikkileikkaukseltaan eri levyisistä levyistä kokoamalla.

Muuntajan hydraulikaavio

Kuvassa on yksinkertaistettu koostumus ja sen pääelementtien vuorovaikutus.

Öljyn täyttämiseen / tyhjentämiseen käytetään erikoisventtiilejä ja ruuvia, ja säiliön pohjassa oleva sulkuventtiili on suunniteltu ottamaan öljynäytteitä ja suorittamaan sen kemiallinen analyysi.

Jäähdytysperiaatteet

Tehomuuntajassa on kaksi öljynkiertopiiriä:

1. ulkoinen;

2. sisäinen.

Ensimmäistä piiriä edustaa patteri, joka koostuu ylemmistä ja alemmista keräilijöistä, jotka on yhdistetty metalliputkijärjestelmällä. Lämmitetty öljy kulkee niiden läpi, joka kylmäainelinjoissa ollessaan jäähtyy ja palaa säiliöön.

Öljyn kierto säiliössä voidaan suorittaa:

• luonnollisella tavalla;

• pakotettu pumppujen aiheuttaman paineen vuoksi.

Usein säiliön pintaa kasvatetaan luomalla poimutuksia - erityisiä metallilevyjä, jotka parantavat lämmönsiirtoa öljyn ja ympäröivän ilmakehän välillä.

Lämmön otto patterista ilmakehään voidaan suorittaa puhaltamalla järjestelmää puhaltimilla tai ilman niitä vapaan ilmankierron ansiosta. Pakkoilmavirta lisää tehokkaasti lämmönpoistoa laitteista, mutta lisää energiankulutusta järjestelmän käyttöön. Ne voivat vähentää muuntajan kuormitusominaisuus jopa 25 %.

Nykyaikaisten suuritehoisten muuntajien vapauttama lämpöenergia saavuttaa valtavia arvoja. Sen koko johtuu siitä, että nyt sen kustannuksella alettiin toteuttaa hankkeita teollisuusrakennusten lämmittämiseksi jatkuvasti toimivien muuntajien vieressä. Ne ylläpitävät laitteiden optimaaliset käyttöolosuhteet myös talvella.

Öljytason säätö muuntajassa

Muuntajan luotettava toiminta riippuu suurelta osin sen öljyn laadusta, jolla sen säiliö on täytetty. Käytössä erotetaan kahden tyyppisiä eristysöljyjä: puhdas kuiva öljy, joka kaadetaan säiliöön, ja käyttööljy, joka on säiliössä muuntajan käytön aikana.

Muuntajaöljyn spesifikaatio määrittää sen viskositeetin, happamuuden, stabiilisuuden, tuhkan, mekaanisten epäpuhtauksien määrän, leimahduspisteen, jähmettymispisteen, läpinäkyvyyden.

Kaikki muuntajan epänormaalit käyttöolosuhteet vaikuttavat välittömästi öljyn laatuun, joten sen hallinta on erittäin tärkeää muuntajien toiminnassa. Ilman kanssa yhteydessä öljy kostutetaan ja hapettuu. Kosteus voidaan poistaa öljystä puhdistamalla sentrifugilla tai suodatinpuristimella.

Happamuus ja muut teknisten ominaisuuksien rikkomukset voidaan poistaa vain regeneroimalla öljy erityisissä laitteissa.

Sisäiset muuntajan viat, kuten käämihäiriöt, eristyshäiriöt, paikallinen lämmitys tai "palo raudassa" jne. johtavat muutoksiin öljyn laadussa.

Öljyä kierrätetään jatkuvasti säiliössä. Sen lämpötila riippuu kokonaisesta vaikuttavien tekijöiden kompleksista. Siksi sen tilavuus muuttuu koko ajan, mutta pysyy tietyissä rajoissa. Paisuntasäiliötä käytetään kompensoimaan öljyn tilavuuspoikkeamia. Sen nykyistä tasoa on kätevä seurata.

Tätä varten käytetään öljyn indikaattoria. Yksinkertaisimmat laitteet valmistetaan läpinäkyvällä seinällä varustettujen viestintäastioiden kaavion mukaisesti, jotka on esilajiteltu tilavuusyksiköissä.

Tällaisen painemittarin kytkeminen rinnan paisuntasäiliön kanssa riittää toiminnan valvontaan. Käytännössä on muita öljy-indikaattoreita, jotka eroavat tästä toimintaperiaatteesta.

Suojaus kosteuden tunkeutumiselta

Koska paisuntasäiliön yläosa on kosketuksissa ilmakehään, siihen on asennettu ilmakuivain, joka estää kosteuden tunkeutumisen öljyyn ja vähentää sen dielektrisiä ominaisuuksia.

Sisäinen vauriosuoja

Se on tärkeä osa öljyjärjestelmää kaasurele… Se asennetaan putkiston sisään, joka yhdistää muuntajan pääsäiliön paisuntasäiliöön. Siksi kaikki öljyn ja orgaanisen eristeen kuumennettaessa vapautuvat kaasut kulkevat kaasureleen herkän elementin säiliön läpi.

Tämä anturi on asetettu toiminnasta hyvin pienelle sallitulle kaasunmuodostukselle, mutta se laukeaa, kun se kasvaa kahdessa vaiheessa:

1. antaa huoltohenkilöstölle valo-/äänimerkki häiriön ilmetessä, kun ensimmäisen arvon asetettu arvo saavutetaan;

2. Sammuta virtakatkaisijat muuntajan kaikilta puolilta jännitteen vapauttamiseksi voimakkaan kaasunmuodostuksen sattuessa, mikä osoittaa voimakkaiden öljyn ja orgaanisen eristeen hajoamisprosessien alkamisen, jotka alkavat oikosulkuista säiliön sisällä.

Kaasureleen lisätoimintona on valvoa muuntajan säiliön öljytasoa. Kun se laskee kriittiseen arvoon, kaasusuoja voi toimia asetuksesta riippuen:

• vain signaali;

• sammuttaaksesi signaalilla.

Suojaus hätäpaineen muodostumiselta säiliön sisällä

Tyhjennysputki on asennettu muuntajan kanteen siten, että sen alapää on yhteydessä säiliön tilavuuteen ja öljy virtaa sisällä laajentimen tasolle. Putken yläosa nousee laajentimen yläpuolelle ja vetäytyy sivulle hieman alaspäin taivutettuna.Sen pää on hermeettisesti tiivistetty lasiturvakalvolla, joka rikkoutuu, jos paineen hätäkorjaus tapahtuu määrittelemättömän kuumenemisen vuoksi.

Toinen tällaisen suojan rakenne perustuu venttiilielementtien asentamiseen, jotka avautuvat paineen noustessa ja sulkeutuvat, kun ne vapautetaan.

Toinen tyyppi on sifonisuojaus. Se perustuu siipien nopeaan puristamiseen kaasun jyrkän nousun kanssa. Tämän seurauksena nuolta pitävä lukko, joka normaaliasennossaan on puristetun jousen vaikutuksen alaisena, kaadetaan. Vapautunut nuoli rikkoo lasikalvon ja vähentää siten painetta.

Tehomuuntajan kytkentäkaavio

Säiliön kotelon sisällä sijaitsevat:

• luuranko ylä- ja alapalkilla;

• magneettinen piiri;

• korkean ja matalan jännitteen kelat;

• käämityshaarojen säätö;

• pien- ja korkeajännitehanat

• korkea- ja matalajänniteholkkien pohja.

Runko yhdessä palkkien kanssa kiinnittää mekaanisesti kaikki komponentit.

Sisustussuunnittelu

Magneettipiirin tehtävänä on vähentää käämien läpi kulkevan magneettivuon häviöitä. Se on valmistettu sähköteräslaaduista laminoidulla menetelmällä.

Kuormavirta kulkee muuntajan vaihekäämien läpi. Valmistusmateriaaleina valitaan metallit: kupari tai alumiini, jossa on pyöreä tai suorakaiteen muotoinen osa. Käänteiden eristämiseen käytetään erikoismerkkejä kaapelipaperia tai puuvillalankaa.

Tehomuuntajissa käytetyissä samankeskisissä käämeissä ytimeen sijoitetaan yleensä matalajännite (LV) käämi, jota ympäröi ulkopuolelta korkeajännite (HV) käämi.Tämä käämien järjestely mahdollistaa ensinnäkin suurjännitekäämin siirtämisen sydämestä ja toiseksi se helpottaa pääsyä suurjännitekäämeihin korjausten aikana.

Patterien parempaa jäähdytystä varten niiden väliin jätetään eristävillä välikkeillä ja tiivisteillä muodostetut kanavat patojen väliin. Öljy kiertää näiden kanavien kautta, jotka kuumennettaessa nousevat ja laskeutuvat sitten säiliön putkien läpi, joissa ne jäähdytetään.

Samankeskiset kelat on kääritty sylintereiksi, jotka sijaitsevat toistensa sisällä. Korkeajännitepuolelle luodaan jatkuva tai monikerroksinen käämi ja pienjännitepuolelle spiraali- ja sylinterikäämi.

LV-käämi sijoitetaan lähemmäs tankoa: tämä helpottaa kerroksen tekemistä sen eristystä varten. Sitten siihen asennetaan erityinen sylinteri, joka tarjoaa eristyksen korkea- ja matalajännitepuolen välillä, ja HV-käämi asennetaan siihen.

Kuvattu asennustapa on esitetty alla olevan kuvan vasemmalla puolella muuntajan sauvan käämien samankeskisellä järjestelyllä.

Kuvan oikealla puolella näkyy, kuinka vaihtoehtoiset käämit sijoitetaan eristekerroksella erotettuina.

Käämien eristyksen sähköisen ja mekaanisen lujuuden lisäämiseksi niiden pinta kyllästetään erityisellä glyftaalilakalla.

Käämien kytkemiseen jännitteen toiselle puolelle käytetään seuraavia piirejä:

• tähdet;

• kolmio;

• siksak.

Tässä tapauksessa kunkin kelan päät on merkitty latinalaisten aakkosten kirjaimilla taulukon mukaisesti.

Muuntajatyyppi Käämipuoli Matala jännite Keskijännite Korkea jännite Alkupään nolla Aloituspään nolla Aloituspään nolla Yksivaiheinen a x — Ht — A x — Kaksi käämiä kolmivaiheinen a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y G ° C Z Kolme käämiä kolme vaihetta a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z

Käämien liittimet on kytketty vastaaviin alajohtimiin, jotka on asennettu muuntajan säiliön kannessa oleviin läpiviennin eristepultteihin.

Lähtöjännitteen arvon säätömahdollisuuden toteuttamiseksi käämeihin tehdään haaroja. Yksi ohjaushaarojen muunnelmista on esitetty kaaviossa.

Jännitteensäätöjärjestelmä on suunniteltu siten, että nimellisarvoa voidaan muuttaa ± 5 %:n sisällä. Tee tämä suorittamalla viisi 2,5 %:n vaihetta.

Suuritehoisille tehomuuntajille säätö luodaan yleensä suurjännitekäämitykseen. Tämä yksinkertaistaa hanakytkimen suunnittelua ja antaa mahdollisuuden parantaa lähtöominaisuuksien tarkkuutta tarjoamalla enemmän kierroksia tälle puolelle.

Monikerroksisissa lieriömäisissä keloissa säätöhaarat on tehty kerroksen ulkopuolelle kelan päähän ja ne sijaitsevat symmetrisesti samalla korkeudella ikeeseen nähden.

Yksittäisissä muuntajien projekteissa oksat tehdään keskiosaan. Käänteispiiriä käytettäessä käämityksen puolikas tehdään oikealla ja toinen vasemmalla kelalla.

Hanojen kytkemiseen käytetään kolmivaiheista kytkintä.

Siinä on kiinteiden koskettimien järjestelmä, jotka on kytketty käämien haaroihin, ja liikkuvia koskettimia, jotka kytkevät piiriä luoden erilaisia ​​sähköpiirejä kiinteillä koskettimilla.

Jos haarat tehdään lähelle nollapistettä, niin yksi kytkin ohjaa kaikkien kolmen vaiheen toimintaa kerralla. Tämä voidaan tehdä, koska kytkimen yksittäisten osien välinen jännite ei ylitä 10 % lineaarisesta arvosta.

Kun käämin keskiosaan tehdään hanat, niin kullekin vaiheelle käytetään omaa, yksilöllistä kytkintä.

Lähtöjännitteen säätömenetelmät

On olemassa kahdenlaisia ​​kytkimiä, joiden avulla voit muuttaa kunkin kelan kierrosten määrää:

1. kuorman vähentämisellä;

2. kuormitettuna.

Ensimmäinen menetelmä kestää kauemmin, eikä se ole suosittu.

Kuormankytkentä mahdollistaa sähköverkkojen helpomman hallinnan tarjoamalla keskeytymätöntä virtaa kytketyille kuluttajille. Mutta tehdäksesi sen, sinulla on oltava monimutkainen kytkimen rakenne, joka on varustettu lisätoiminnoilla:

• suorittaa siirtymät haarojen välillä ilman kuormitusvirtojen keskeyttämistä yhdistämällä kaksi vierekkäistä kosketinta kytkennän aikana;

• rajoittaa oikosulkuvirtaa käämin sisällä kytkettyjen hanojen välillä niiden samanaikaisen päällekytkennän aikana.

Tekninen ratkaisu näihin ongelmiin on kauko-ohjattavien kytkinlaitteiden luominen virtaa rajoittavilla reaktoreilla ja vastuksilla.

Artikkelin alussa esitetyssä valokuvassa tehomuuntaja käyttää lähtöjännitteen automaattista säätöä kuormitettuna luomalla AVR-mallin, joka yhdistää relepiirin ohjaamaan sähkömoottoria toimilaitteen ja kontaktorien kanssa.

Toimintaperiaate ja toimintatavat

Tehomuuntajan toiminta perustuu samoihin lakeihin kuin perinteisessä:

• Tulokäämin läpi kulkeva sähkövirta värähtelyjen ajallisesti vaihtelevalla harmonisella indusoi muuttuvan magneettikentän magneettipiirin sisällä.

• Vaihtuva magneettivuo, joka tunkeutuu toisen kelan kierroksiin, indusoi niihin EMF:n.

Toimintatavat

Käytön ja testauksen aikana tehomuuntaja voi olla käyttö- tai hätätilassa.

Toimintatila, joka syntyy kytkemällä jännitelähde ensiökäämiin ja kuorma toisiokäämiin. Tässä tapauksessa käämien virran arvo ei saa ylittää laskettuja sallittuja arvoja. Tässä tilassa tehomuuntajan on syötettävä kaikki siihen kytketyt kuluttajat pitkään ja luotettavasti.

Toimintatilan muunnelma on tyhjäkäynti- ja oikosulkutestit sähköisten ominaisuuksien tarkistamiseksi.

Tyhjäkuormitus, joka syntyy avaamalla toisiopiiri virran virran katkaisemiseksi siinä. Sitä käytetään määrittämään:

• Tehokkuus;

• muunnostekijä;

• teräksen häviöt johtuen sydämen magnetoinnista.

Oikosulkuyritys luodaan oikosulkemalla toisiokäämin navat, mutta aliarvioitu jännite muuntajan sisääntulossa arvoon, joka pystyy muodostamaan toisionimellisvirran sitä ylittämättä.Tätä menetelmää käytetään kuparihäviöiden määrittämiseen.

Hätätiloihin muuntaja sisältää kaikki toimintansa rikkomukset, jotka johtavat toimintaparametrien poikkeamiseen niiden sallittujen arvojen rajojen ulkopuolella. Oikosulkua käämien sisällä pidetään erityisen vaarallisena.

Hätätilat johtavat sähkölaitteiden tulipaloihin ja peruuttamattomien seurausten kehittymiseen. Ne voivat aiheuttaa valtavia vahinkoja sähköjärjestelmälle.

Siksi tällaisten tilanteiden estämiseksi kaikki tehomuuntajat on varustettu automaattisilla, suoja- ja merkinantolaitteilla, jotka on suunniteltu ylläpitämään ensiösilmukan normaalia toimintaa ja katkaisemaan se nopeasti kaikilta puolilta toimintahäiriön sattuessa.