krafttransformatorer ökar eller minskar spänning och strömstyrka i ett kraftsystem. Denna omvandling sker på grund av Faradays induktionsprincip och variationen i ampere-svängar (eller lindningsvarv). Observera att den överförda effekten förblir densamma (minus få kärn-och kopparförluster).
- Transformator Design
- kärndesign
- vad är syftet med transformatorkärnan?
- Vad är skillnaden mellan Core-typ och shell-typ transformator?
- Varför är skaltransformatorn bättre än kärntransformatorn?
- slingrande design
- hur är transformatorlindningarna utformade?
- Hur hjälper interleaving transformatorlindningarna?
- Hur appliceras isolering på transformatorlindningarna?
- Bussning design
- Vad är syftet med en bussning på transformatorn?
- Load tap changer design
- Vad är syftet med en on Load Tap Changer?
- vad innehåller lastkranväxlaren?
- Tankdesign
- Kylsystemdesign
- hur hanteras värme inuti tanken?
- Vad är syftet med en konservatortank?
- kan transformatorn fungera utöver dess märkskylt?
- Transformatorlindningsanslutning
- wye-ground wye-ground transformator fördelar
- wye-ground wye-ground transformator nackdelar
- Delta wye-ground transformator fördelar
- Delta Wye-ground transformator nackdelar
- Delta tertiär och dess tillämpning
- hur Transformatorjordning påverkar Kraftsystemdesign
- sammanfattning
Transformator Design
en transformator innehåller 6 viktiga komponenter.
- kärna
- lindning
- bussningar
- ladda kranväxlare
- Tank
- kylning
som kraftingenjör betyder förståelse av komponentdesignen att du kan ange transformatorer korrekt.
kärndesign
vad är syftet med transformatorkärnan?
kärnan fungerar som mellanhand. Eftersom de primära och sekundära lindningarna är elektriskt isolerade stöder kärnan induktionsprocessen genom att tillhandahålla en väg för magnetflödet att röra sig från primärlindningen till sekundären. För att stödja detta uppdrag måste det utföra två saker rätt– minimera flödesläckage.
detta uppnås genom att använda laminerade ark av kallvalsat Kornorienterat (CRGO) stål.
Vad är skillnaden mellan Core-typ och shell-typ transformator?
de laminerade arken formas till antingen en kärntyp eller skaltyp. Observera deras skillnader i bilderna nedan.
-
transformator av kärntyp. Lägg märke till hur lindningarna inkapslar kärnan (laminerade ark). -
en annan 5-lem kärna-typ transformator.
Varför är skaltransformatorn bättre än kärntransformatorn?
transformatorn av skaltyp, även om den är dyr att göra (på grund av ytterligare material) är bättre än kärntypen av följande skäl
1. Ger hög kortslutningsström tål kapacitet. Väsentligen, de laminerade plåtarna av metall runt lindningarna stag det när de flex eller twist under kortslutning.
2. De yttre lemmarna ger extra väg för läckflödet att flöda. Utan denna flyktväg, som i kärntyp, uppstår lokal överhettning.
3. Det kan tåla en spänningsöverskott bättre på grund av interfolierade skivlindningar (förklaras nedan).
slingrande design
hur är transformatorlindningarna utformade?
lindningarna leder ström. Som sådan kan du öka spänningen inducerad genom att öka varv runt kärnan och minska spänningen genom att minska varv.
för primära och sekundära lindningar ger en kontinuerligt transponerad ledare (CTC) hög mekanisk stabilitet (på grund av hur magnetiska fält avbryter). För tertiära eller stabiliserande lindningar används den platta kopparledaren.
-
kontinuerlig transponerad ledare CTC -
platt kopparledare -
Transformatorlindningsmetod. Skikt och spiralformade lindningar som vanligen används för tertiära lindningar. Skivlindningar som vanligtvis används i primära och sekundära lindningar.
Hur hjälper interleaving transformatorlindningarna?
även om lindningar enkelt kan spinnas spiralformigt runt kärnan, skapar varv (se bild) minikondensatorer som hjälper till att bryta ner den inkommande spänningsöverskottet och begrava den i lindningarna. Att sätta in en skärmtråd (platt koppar) mellan varv är en annan metod för att kanalisera överspänningen.
Hur appliceras isolering på transformatorlindningarna?
för att kanalisera strömmen är varje tum koppar (kraft) pappersisolerat: sväng-till-sväng, mellan LV-lindning och kärna, mellan HV och LV-lindning, mellan HV-lindning och kärna.
-
sekundärlindning på laminerade plåtar av kärnmetallen -
Lägg märke till isoleringen mellan varv, mellan spolar och mellan spole och ram (överst). Lägg också märke till skärmtråden.
Bussning design
Vad är syftet med en bussning på transformatorn?
bussningar ger en väg för strömmen att strömma från den strömförande (högspännings) ledaren till lindningarna inuti tanken (utan att aktivera tanken). Du bör vara bekymrad över två kontaktpunkter. En, på toppen, där ledaren landar. Porslinsisolatorn upprätthåller fas-till-markfrigång. För det andra, inuti bussningen, upprätthåller minikondensatorerna som skapas av papper och folie spelrummet (kondensatorer bryter ner spänningen). Denna typ av Bussning kallas kapacitans-eller kondensorbussning. Detta är typiskt för transformatorer vid HV, EHV, & UHV-spänningar. Vid medelspänningar och under harts (torra) bussningar är ett alternativ.
Load tap changer design
Vad är syftet med en on Load Tap Changer?
när belastningen ökar eller minskar minskar eller ökar spänningen vid transformatorstationen. För att hålla spänningen stabil kan antalet lindningsvarv läggas till eller tas bort (kom ihåg att lägga till sekundära varv ökar spänningen eller vice versa). Detta är funktionen hos en påladdningsväxlare – stabilisera spänningen genom varierande varv. OLTC-lindningarna förblir i huvudtanken (runt kärnan) medan operatören och dess tillbehör monteras i ett separat fack.
vad innehåller lastkranväxlaren?
det finns hundratals volt potentialskillnad mellan varje kran inuti transformatorn. Så, när du gör eller bryter en krananslutning, hanteras bågningen av vakuumomkopplarna. När du överbryggar två kranpositioner Driver potentialskillnaden cirkulationsströmmen. Den förebyggande autotransformatorn fungerar som en induktor, vilket begränsar in-rush associerad med cirkulationsströmmen. Detta är din reaktiva typ OLTC. En annan variant är resistiv OLTC.
-
vakuumbrytare (vita flaskor) på LTC -
tryck på växlingsmekanism -
förebyggande autotransformator reglerar in-rush-strömmen vid överbryggning av två kranpositioner
Tankdesign
Tankdesign är där du blir kreativ för att stödja plats-och projektkrav. Du kan ange bussningar på vilken sida som helst, installera kylsystem, minska ljudet med en unik tankpanel, välja isolerade fasbusskanaler – segregerade eller icke-segregerade busskanaler etc.
ett annat kritiskt designbeslut är att välja en tre 1-fas eller en 3-fas transformator. Generatorstegtransformatorer vid stora kraftverk, transformatorer vid EHV-transformatorer går den tre 1-fasvägen.
Tre 1-fas transformatorer har varje bank isolerad från den andra och erbjuder därmed kontinuitet i tjänsten när en bank misslyckas. En enda 3-fas transformator, vare sig kärna eller skal typ, kommer inte att fungera även med en bank ur drift. Denna 3-fas transformator är dock billigare att tillverka, har ett mindre fotavtryck och fungerar relativt med högre effektivitet.
Kylsystemdesign
hur hanteras värme inuti tanken?
strömflödet i kopparlindning genererar värme. Virvelströmmen & spännande ström i kärnan genererar värme. Mineraloljan extraherar denna värme. Normalt avlägsnar det naturliga konvektionsflödet av olja värme: het olja stiger till toppen – > flyttar till radiatorer -> olja svalnar, sätter sig ner och flyttar till huvudtanken -> olja värms upp igen och stiger (processupprepningar).
för att förbättra kylningen, fäst en fläktbank på radiatorerna eller värmeväxlarna. För att ytterligare förbättra, tvinga oljerörelsen (genom tank eller lindningar) med hjälp av pumpar.
eftersom oljan kan hämta fukt / syre/skräp, hjälper oljekonservering eller filtreringssystem att förlänga en transformatorns livslängd.
Vad är syftet med en konservatortank?
olja expanderar och kontraherar med transformatorbelastning. Eftersom tanken är förseglad och under vakuum styrs oljevolymen med två metoder.
Metod 1: använd en konservatortank. Huvudtanken blir helt fylld. Överskottet av olja spill i denna tank.
Metod 2: huvudtanken är inte helt fylld (men kärna och lindningar är nedsänkta). En” filt ” av kvävgas fyller tomrummet på toppen. När oljan expanderar frigörs gasen. När den kontraherar, fyller en extern kväveflaska gasen.
kan transformatorn fungera utöver dess märkskylt?
transformatorns effektkapacitet är begränsad av termisk klassificering. Detta innebär att transformatorn kan manövreras utöver dess MVA-värde så länge temperaturen på dess toppolja ligger inom 65 ACUCC-temperaturhöjningen över omgivningstemperaturen (se IEEE C57.12.00-2015-standarden). Till exempel, om omgivningstemperaturen är 45 ACC då transformatorn kan skjutas till ett värde mindre än 45 ACC + 65 ACC = 110 ACC.
långvarig överbelastning av transformatorn rekommenderas inte på grund av mättnad av dess kärna (högre förluster), förlust av livslängd och försämring av lind isolering.
Transformatorlindningsanslutning
när spolarna är på plats kan de tre primära lindningarna och tre sekundära lindningarna bindas antingen som ett delta eller en wye (eller stjärna). En sådan inställning visas nedan.
även om det kan tyckas att du kortsluter genom att binda ena änden av spolen till neutral mark (i en stjärna) och genom att binda en spole till en annan (i ett delta), så är det inte så. Dessa anslutningar fungerar på grund av Lenzs lag.
användningen av någon kombination: delta-star, star-delta, star-star eller delta-delta har stor inverkan på kraftsystemets design. Så valet av anslutning är kritiskt.
wye-ground wye-ground transformator fördelar
- ger isolering besparingar, vilket leder till kostnadsbesparingar på transformatorn.
- förenklad fasning dvs ingen fasförskjutning sker-förenklar transformatorparallellering.
wye-ground wye-ground transformator nackdelar
- övertoner (oönskade frekvenser) sprids genom transformatorn, vilket kan orsaka radiostörningar.
- nollsekvensströmmen strömmar genom transformatorn.
- externa linje-till-jord-fel kommer att utlösa transformatorn (om neutral anslutning tillåter felström back-in, då i en differentiell skyddszon, är strömmen In inte densamma som strömmen lämnar).
- det finns en möjlighet att ladda faserna annorlunda vilket leder till ett obalanserat högspänningssystem.
Delta wye-ground transformator fördelar
- eftersom deltalindningen fångar nollsekvensström kan uppströmsreläet på delta-wye-transformatorn antas ta upp för endast jordfel på hög sida. Detta möjliggör mycket känsliga pick-up inställningar. Däremot tillåter wye-wye-kombinationen nollsekvensström genom-vilket gör det svårt att bedöma felets placering. Kort sagt, reläskyddet förbättras.
Delta Wye-ground transformator nackdelar
- på grund av fasförskjutningen i samband med dessa transformatorer måste närmare uppmärksamhet ägnas åt designen. Potentiella felfällor uppstår under parallellering och CT-ledningar.
- hög isoleringskostnad som leder till en dyr transformator.
ytterligare detaljer om för-och nackdelar med olika Lind konfigurationer kan hittas i General Electrics papper med titeln Whysen av Wyes.
för att fånga proffsen för varje kombination kan en krafttransformator tillverkas med tre uppsättningar lindning (istället för bara två), vanligtvis primär-wye, sekundär-wye och tertiär-delta.
Delta tertiär och dess tillämpning
i en trelindande wye-wye-delta-transformator möjliggör delta tertiär lindning anslutning av en:
- Kondensatorbank – för spännings – eller effektfaktorkorrigering
- reaktorer-för att förhindra spänning från utbuktning (Ferranti-effekt) på EHV-linjer under lätt belastade förhållanden.
- stationstjänsttransformator-växelström för utrustning inuti transformatorstationen
- från skydds-och kontrollsynpunkt fångar den nollsekvens (jordfel) ström. Om du sätter in en CT i denna tertiära lindning kan du mäta denna ström. Eftersom denna lindning också fångar 3: e övertoner kallas den en stabiliserande lindning.
- Delta tertiärer inducerar en ström endast i en riktning, oavsett var felet uppstår-hög sida eller låg sida. Således kan ett riktningsrelä polariseras med hjälp av delta tertiary CT.
hur Transformatorjordning påverkar Kraftsystemdesign
utan att gå in i mycket detaljer, för kostnadsbesparingar och säkerhet, är stjärnanslutningen den föredragna anslutningen för högspänningstransmission. I detta scenario är den gemensamma punkten – den neutrala, jordad eller jordad. Genom att göra detta reduceras fas till neutral Spänning eller fas till jordspänning med en faktor 1/sqrt(3). Du kommer inte att få denna minskning med en delta (ojordad) anslutning.
det är bara meningsfullt att använda en deltastjärntransformator nära generatorstationen där deltaet är anslutet till generatorterminalerna och stjärnan är ansluten till högspänningsöverföringsledningarna. Med jordad stjärnanslutning på högspänningssidan kan transformatorlindningen isoleras för lägre (fas-till-jord) spänningar. Överföringssystemet kommer också att ha ett lägre isoleringskrav. Dessa ger enorma kostnadsbesparingar i design och konstruktion av överföringssystemet.
det finns emellertid en nackdel vid jordning av transformatorns neutrala. När en linje eller alla tre linjerna på Stjärnsidan kortsluter till marken, fungerar transformatorns jordade neutral som en returväg för felströmmen. Dessa felströmmar, när de inte rensas i bråkdelar av en sekund, kan allvarligt skada transformatorn och all utrustning som är ansluten till den. Markfelströmmarna är också rika på tredje harmoniska strömmar. De tredje övertonerna på överföringsledningen stör alla kommunikationskanaler (till exempel kraftledningsbärare – pilotrelä) i närheten.
men allt går inte förlorat med kombinationen star-delta / delta-star (på grund av neutral jordning). Delta-anslutningen erbjuder hög impedans till tredje övertoner och fångar markfelströmmen och förhindrar därmed att den förökar en sida till en annan.
sammanfattning
- deltastjärntransformatorer: används vid genereringsstationer och lastcentraler.
- star-star-delta transformatorer: tillämpas vid transformatorstationer (765kV ,500kV, 345kv).
- jordning neutralen ger högre jordfelsströmmar men kostnadsbesparingarna som uppnås genom lägre isoleringskrav gör neutral jordning acceptabel.
