výkonové transformátory zvyšují nebo snižují napětí a velikost proudu v energetickém systému. K této transformaci dochází kvůli Faradayovu indukčnímu principu a kolísání ampér-zatáček(nebo vinutí). Všimněte si, že přenesený výkon zůstává stejný (mínus několik ztrát jádra a mědi).
- provedení transformátoru
- návrh jádra
- jaký je účel jádra transformátoru?
- jaký je rozdíl mezi jádrovým a skořepinovým transformátorem?
- proč je transformátor typu shell lepší než transformátor typu jádra?
- konstrukce vinutí
- jak jsou vinutí transformátoru navržena?
- jak pomáhá prokládání vinutí transformátoru?
- jak se izolace aplikuje na vinutí transformátoru?
- Konstrukce pouzdra
- jaký je účel pouzdra na transformátoru?
- návrh měniče zatížení
- jaký je účel měniče zatížení?
- co obsahuje měnič zatížení?
- Tank design
- návrh chladicího systému
- jak se řídí teplo uvnitř nádrže?
- jaký je účel konzervačního tanku?
- může transformátor pracovat nad rámec svého jmenovitého štítku?
- připojení vinutí transformátoru
- Wye-ground Wye-ground transformátor výhody
- nevýhody Wye-ground Wye-ground transformátoru
- výhody transformátoru Delta Wye-ground
- Delta Wye-ground transformer nevýhody
- Delta terciární a jeho aplikace
- jak uzemnění transformátoru ovlivňuje návrh napájecího systému
- shrnutí
provedení transformátoru
výkonový transformátor obsahuje 6 klíčových komponent.
- jádro
- vinutí
- pouzdra
- zatěžujte měnič kohoutků
- nádrž
- chlazení
jako energetik můžete pochopit konstrukci součástí správně určit transformátory.
jaký je účel jádra transformátoru?
jádro slouží jako prostředník. Protože primární a sekundární vinutí jsou elektricky izolována, jádro podporuje indukční proces tím, že poskytuje cestu pro pohyb magnetického toku od primárního vinutí k sekundárnímu. Pro podporu této mise musí provést dvě věci správně
– zajistit dobrou magnetickou propustnost.
– minimalizujte únik toku.
toho je dosaženo použitím laminovaných plechů z oceli válcované za studena (CRGO).
jaký je rozdíl mezi jádrovým a skořepinovým transformátorem?
laminované desky jsou vytvořeny buď do typu jádra nebo typu skořepiny. Sledujte jejich rozdíly na obrázcích níže.
-
jádrový transformátor. Všimněte si, jak vinutí zapouzdřují jádro (laminované plechy). -
další 5-končetinový jádrový transformátor.
proč je transformátor typu shell lepší než transformátor typu jádra?
transformátor typu shell, i když je nákladný na výrobu (kvůli dodatečnému materiálu), je lepší než typ jádra z následujících důvodů
1. Poskytuje vysokou odolnost proti zkratovému proudu. V podstatě, laminované plechy z kovu kolem vinutí ji připevňují, když se během zkratu ohnou nebo zkroutí.
2. Vnější končetiny poskytují další cestu pro tok úniku. Bez této únikové cesty, stejně jako u jádra, dochází k lokálnímu přehřátí.
3. Odolává přepětí napětí lépe díky prokládaným vinutím disku(vysvětleno níže).
konstrukce vinutí
vinutí vedou proud. Jako takový, můžete zvýšit napětí vyvolané zvýšením otáček kolem jádra a snížit napětí snížením otáček.
pro primární a sekundární vinutí poskytuje použití kontinuálně transponovaného vodiče (CTC) vysokou mechanickou stabilitu (kvůli způsobu rušení magnetických polí). Pro terciární nebo stabilizační vinutí se používá plochý měděný vodič.
-
Continuous transponed conductor CTC -
Plochý měděný vodič -
transformátor vinutí otočit metoda. Vrstvová a spirálová vinutí běžně používaná pro terciární vinutí. Kotoučové vinutí běžně používané v primárním a sekundárním vinutí.
jak pomáhá prokládání vinutí transformátoru?
ačkoli vinutí lze jednoduše otáčet spirálovitě kolem jádra, prokládání zatáček (viz obrázek) vytváří mini-kondenzátory, které pomáhají rozložit vstupní napětí a pohřbít ho do vinutí. Vložení stínícího drátu (ploché mědi) mezi závity je další metodou směrování přepětí.
jak se izolace aplikuje na vinutí transformátoru?
pro směrování proudu je každý centimetr mědi (kraftový) papír izolován: turn-to-turn, mezi vinutím NN a jádrem, mezi vinutím VN a NN, mezi vinutím VN a jádrem.
-
sekundární vinutí na laminovaných plechech jádrového kovu -
Všimněte si izolace mezi závity, mezi cívkami a mezi cívkou a rámem (nahoře). Všimněte si také štítového drátu.
Konstrukce pouzdra
jaký je účel pouzdra na transformátoru?
pouzdra poskytují cestu pro proud proudící z pod napětím (vysokého napětí) vodiče do vinutí uvnitř nádrže (bez napájení nádrže). Měli byste se zabývat dvěma kontaktními místy. Jeden, nahoře, kde přistane dirigent. Porcelánový izolátor udržuje světlou výšku fáze od země. Za druhé, uvnitř pouzdra, mini-kondenzátory vytvořené papírem a fólií udržují vůli (kondenzátory rozkládají napětí). Tento typ pouzdra se nazývá kapacitní nebo kondenzátorové pouzdro. To je typické pro transformátory při napětí HV, EHV, & UHV. Při středním napětí a pod pryskyřičnými (suchými) pouzdry jsou alternativou.
jaký je účel měniče zatížení?
jak se zatížení zvyšuje nebo snižuje, napětí v rozvodně buď klesá, nebo se zvyšuje. Aby bylo napětí stabilní, lze přidat nebo odebrat počet závitů vinutí (nezapomeňte, že přidání sekundárních závitů zvyšuje napětí nebo naopak). Toto je funkce měniče kohoutku při zatížení-stabilizujte napětí různými otáčkami. Vinutí OLTC zůstávají v hlavní nádrži (kolem jádra), zatímco obsluha a její příslušenství se montují do samostatného prostoru.
co obsahuje měnič zatížení?
mezi každým kohoutkem uvnitř transformátoru jsou stovky voltů potenciálního rozdílu. Takže, když vytvoříte nebo přerušíte připojení kohoutku, oblouk je ovládán vakuovými spínači. Když překlenete dvě polohy klepnutí, potenciální rozdíl pohání cirkulující proud. Preventivní autotransformátor působí jako induktor a omezuje spěch spojený s cirkulujícím proudem. Toto je váš reaktivní typ OLTC. Další variantou je odporový OLTC.
-
vakuové spínače (bílé lahve) na LTC -
mechanismus změny kohoutku -
preventivní autotransformátor reguluje proud ve spěchu při přemostění dvou odbočovacích poloh
Tank design
Tank design je místo, kde získáte kreativní podporu pro umístění a požadavky projektu. Můžete zadat pouzdra na kterékoli straně, instalovat chladicí systémy, snížit zvuk pomocí jedinečného panelu nádrže, zvolit izolované kanály fázové sběrnice-oddělené nebo nesegregované potrubí sběrnice atd.
dalším kritickým návrhovým rozhodnutím je vybrat třífázový nebo jeden 3fázový transformátor. Generátorové step-up transformátory ve velkých elektrárnách, transformátory v rozvodnách EHV jdou třífázovou cestou.
Tři 1-fázové transformátory mají každou banku izolovanou od druhé a tím nabízejí kontinuitu služby, když jedna banka selže. Jediný 3-fázový transformátor, ať už jádrový nebo skořepinový, nebude fungovat ani s jednou bankou mimo provoz. Tento 3-fázový transformátor je však levnější na výrobu, má menší stopu a pracuje relativně s vyšší účinností.
jak se řídí teplo uvnitř nádrže?
proud v měděném vinutí vytváří teplo. Vířivý proud & vzrušující proud v jádru vytváří teplo. Minerální olej extrahuje toto teplo. Normálně přirozený konvekční tok oleje odvádí teplo: horký olej stoupá nahoru – > se pohybuje do radiátorů -> olej ochlazuje, usazuje se a pohybuje se do hlavní nádrže -> olej se znovu zahřívá a stoupá (proces se opakuje).
Chcete-li zlepšit chlazení, připojte k radiátorům nebo výměníkům tepla banku ventilátorů. Chcete-li dále zlepšit, vynutit pohyb oleje (přes nádrž nebo vinutí) pomocí čerpadel.
protože olej může snímat vlhkost / kyslík / nečistoty, systém konzervace oleje nebo filtrace pomáhá prodloužit životnost transformátoru.
jaký je účel konzervačního tanku?
olej expanduje a Stahuje se s zatížením transformátoru. Protože je nádrž utěsněna a ve vakuu, objem oleje je řízen dvěma způsoby.
Metoda 1: Použijte konzervační nádrž. Hlavní nádrž se zcela naplní. Přebytečný olej se rozlévá do této nádrže.
Metoda 2: hlavní nádrž není zcela naplněna (ale jádro a vinutí jsou ponořeny). „Přikrývka“ dusíkatého plynu vyplňuje prázdnotu nahoře. Jak se ropa rozšiřuje, plyn se uvolňuje. Jak se Stahuje, externí dusíková láhev doplňuje plyn.
může transformátor pracovat nad rámec svého jmenovitého štítku?
výkon transformátorů je omezen tepelným jmenovitým výkonem. To znamená, že transformátor může být provozován nad rámec svého hodnocení MVA, pokud teplota jeho horního oleje zůstane v rozmezí 65ºC zvýšení teploty nad okolní teplotu (viz standard IEEE C57. 12. 00-2015). Pokud je například okolní teplota 45ºC, může být transformátor tlačen na hodnotu menší než 45ºC + 65ºC = 110ºC.
dlouhodobé přetížení transformátoru se nedoporučuje z důvodu saturace jeho jádra (vyšší ztráty), ztráty délky života a zhoršení izolace vinutí.
připojení vinutí transformátoru
jakmile jsou cívky na svém místě, mohou být tři primární vinutí a tři sekundární vinutí svázána buď jako delta nebo wye (nebo hvězda). Jedno takové nastavení je uvedeno níže.
i když se může zdát, že zkratujete vázáním jednoho konce cívky na neutrální zem (ve hvězdě) a vázáním jedné cívky na druhou (v deltě), není tomu tak. Tato spojení fungují kvůli Lenzově zákonu.
použití jedné kombinace: delta-star, star-delta, star-star nebo delta-delta má obrovský dopad na konstrukci energetického systému. Volba připojení je tedy kritická.
Wye-ground Wye-ground transformátor výhody
- poskytuje úspory izolace, což vede k úsporám nákladů na transformátoru.
- zjednodušené fázování tj. nedochází k žádnému fázovému posunu-zjednodušuje paralelizaci transformátoru.
nevýhody Wye-ground Wye-ground transformátoru
- harmonické (nežádoucí frekvence) se šíří transformátorem a potenciálně způsobují rádiové rušení.
- transformátorem protéká proud s nulovou sekvencí.
- externí poruchy vedení k zemi vypnou transformátor (pokud neutrální připojení umožňuje zpětný vstup poruchového proudu, pak v ochranném pásmu diferenciálu není vstup proudu stejný jako odchod proudu).
- je zde možnost načíst fáze odlišně, což vede k nevyváženému vysokonapěťovému systému.
výhody transformátoru Delta Wye-ground
- vzhledem k tomu, že vinutí delta zachycuje nulový sekvenční proud, lze předpokládat, že relé proti proudu na transformátoru delta-wye zachytí pouze zemní poruchy na vysoké straně. To umožňuje velmi citlivé nastavení vyzvednutí. V porovnání, kombinace wye-wye umožňuje proud s nulovou sekvencí – takže je obtížné posoudit umístění poruchy. Stručně řečeno, ochrana relé je vylepšena.
Delta Wye-ground transformer nevýhody
- vzhledem k fázovému posunu spojenému s těmito transformátory je třeba věnovat větší pozornost návrhu. Při paralelizaci a zapojení CT dochází k potenciálním chybovým zachycením.
- vysoké náklady na izolaci vedoucí k drahému transformátoru.
další podrobnosti o výhodách a nevýhodách různých konfigurací vinutí naleznete v článku General Electric s názvem Whys of Wyes.
Chcete-li zachytit výhody každé kombinace, výkonový transformátor může být vyroben se třemi sadami vinutí (namísto pouhých dvou), obvykle primární-wye, sekundární-wye a terciární-delta.
Delta terciární a jeho aplikace
v třívinutém transformátoru wye-wye-delta umožňuje delta terciární vinutí připojit a:
- Kondenzátorová banka-pro korekci napětí nebo účiníku
- reaktory-pro zabránění vyboulení napětí (Ferrantiho efekt) na vedení EHV během lehce zatěžovaných podmínek.
- staniční servisní transformátor-střídavý proud pro zařízení uvnitř rozvodny
- z hlediska ochrany a řízení zachycuje proud s nulovou sekvencí (zemní porucha). Pokud do tohoto terciárního vinutí vložíte CT, můžete tento proud měřit. Protože toto vinutí také zachycuje 3. harmonické, nazývá se stabilizační vinutí.
- Delta terciary indukují proud pouze v jednom směru, bez ohledu na to, kde k poruše dochází-vysoká nebo nízká strana. Tím pádem, směrové relé může být polarizováno pomocí delta terciárních CT.
, aniž by šlo do mnoha detailů, pro úsporu nákladů a bezpečnost je hvězdicové připojení preferovaným připojením pro přenos vysokého napětí. V tomto scénáři je společný bod-neutrální, uzemněn nebo uzemněn. To způsobí, že fáze na neutrální napětí nebo fáze na zemské napětí se sníží o faktor 1 / sqrt (3). Toto snížení nedostanete s delta (neuzemněným) připojením.
má smysl používat transformátor delta-star poblíž generátorové stanice, kde je delta připojena ke svorkám generátoru a hvězda je připojena k vysokonapěťovým přenosovým vedením. S uzemněným hvězdicovým připojením na straně vysokého napětí může být vinutí transformátoru izolováno pro nižší (fázové) napětí. Také přenosová soustava bude mít nižší požadavky na izolaci. Ty poskytují obrovské úspory nákladů při návrhu a konstrukci přenosové soustavy.
existuje však nevýhoda v uzemnění neutrálního transformátoru. Když jeden řádek nebo všechny tři řádky na straně hvězdy zkratují k zemi, uzemněný neutrál transformátoru slouží jako zpáteční cesta pro poruchový proud. Tyto poruchové proudy, pokud nejsou vyčištěny ve zlomcích sekundy, mohou vážně poškodit transformátor a všechna zařízení, která jsou k němu připojena. Zemní poruchové proudy jsou také bohaté na třetí harmonické proudy. Třetí harmonické na přenosovém vedení narušuje všechny komunikační kanály (například přenos elektrického vedení – pilot) v okolí.
ale vše není ztraceno kombinací star-delta/delta-star (kvůli neutrálnímu uzemnění). Spojení delta nabízí vysokou impedanci třetím harmonickým a zachycuje zemní poruchový proud, čímž zabraňuje šíření jedné strany na druhou.
shrnutí
- Delta-star transformátory: aplikováno na generátorových stanicích a zátěžových centrech.
- star-star-delta transformátory: aplikován na přenosových rozvoden (765kV, 500kV, 345kV).
- uzemnění neutrál poskytuje vyšší zemní poruchové proudy, avšak úspora nákladů realizovaná nižšími požadavky na izolaci činí neutrální uzemnění přijatelným.
