Uljni-transformatori, kao ključna oprema u sustavima distribucije električne energije za industrijska i rudarska poduzeća i civilne zgrade, preuzimaju važnu zadaću smanjenja napona 10(6)kV ili 35kV visokonaponskih-mreža na 230/400V sabirnički napon kako bi zadovoljili potrebe korisnika za električnom energijom. Ovaj tip transformatora prikladan je za izvore napajanja AC 50(60)Hz, s maksimalnim tro-faznim nazivnim kapacitetom od 2500kVA i maksimalnim jedno-faznim nazivnim kapacitetom od 833kVA (ali jedno-fazni transformatori se općenito ne preporučuju). Može se koristiti u zatvorenom prostoru ili postaviti na otvorenom. Za transformatore s kapacitetom od 315 kVA i nižim, može se čak i izravno instalirati na stup. Nadalje, ima određene zahtjeve u pogledu uvjeta okoline, uključujući raspon temperature okoline, maksimalnu prosječnu dnevnu temperaturu, maksimalnu prosječnu godišnju temperaturu, relativnu vlažnost i nadmorsku visinu. Ako stvarni uvjeti korištenja nisu u skladu s ovim propisima, moraju se izvršiti odgovarajuće prilagodbe kvota prema standardu GB6450-86.
1. Razlikovanje faza Uljni-transformatori mogu se podijeliti na tro-fazne transformatore i jedno-fazne transformatore. U trof-faznim sustavima napajanja, tro-fazni transformatori su konvencionalni izbor. Međutim, kada je kapacitet prevelik ili su uvjeti prijevoza ograničeni, tri jednofazna-fazna transformatora mogu se koristiti za formiranje banke transformatora kako bi se zadovoljila potražnja.
2. Klasifikacija namota
Transformatori se mogu klasificirati u dvo-namotne i tro-namotne transformatore na temelju broja namota. Transformatori s dva-namota uobičajeni su tip, s dva namota na svojoj jezgri: jedan kao primarni namot, a drugi kao sekundarni namot. Transformatori s tri-namota obično su prikladni za veće kapacitete (preko 5600 kVA), a ti se transformatori mogu spojiti na tri različita naponska dalekovoda. Nadalje, u nekim posebnim primjenama koriste se čak i Satonovi transformatori s više namota.
3. Strukturna klasifikacija
Transformatori se mogu klasificirati u jezgre-transformatore i omotače-transformatore na temelju njihovih strukturnih karakteristika. U transformatorima tipa s jezgrom-namoti su obično omotani oko vanjske strane jezgre, dok se u transformatorima tipa-ljuska jezgra nalazi oko namota. Ove dvije vrste transformatora imaju male strukturne razlike, ali njihovi principi rada nisu bitno različiti. U praksi, velika većina transformatora koji se obično koriste u elektroenergetskim sustavima su jezgre-tipa.
Osim toga, transformatori također sadrže druge ključne komponente, kao što su jezgra, namoti, spremnik za ulje, konzervator ulja, izolacijske čahure, izmjenjivači slavine i plinski releji, koji zajedno čine kompletnu strukturu transformatora.
4. Jezgra Kao jezgra magnetskog kruga transformatora, jezgra ima presudnu ulogu. Tijekom rada transformatora, jezgra stvara toplinu zbog histereze i gubitaka na vrtložne struje. Kako bi se učinkovito smanjio ovaj gubitak topline i minimizirala veličina i težina transformatora, za izradu jezgre obično se koriste hladno{3}}zrnato-limovi od silikonskog čelika s visokom propusnošću i debljinom manjom od 0,35 mm. Nadalje, na temelju rasporeda namota unutar jezgre, transformatori se mogu klasificirati u dvije vrste: tip s jezgrom-i tip-ljuske.
U transformatorima velikog-kapaciteta, kako bi se osiguralo da toplinu generiranu gubicima u jezgri učinkovito odvodi izolacijsko ulje tijekom cirkulacije, čime se postiže dobro hlađenje, jezgra je obično dizajnirana s namjenskim kanalima za rashladno ulje.
5. Namoti Namoti su ključna komponenta transformatora, odgovorni za pretvaranje električne energije u magnetsku energiju i zatim natrag u električnu energiju. U transformatorima, namoti su obično izrađeni od izolirane bakrene ili aluminijske žice kako bi se smanjili vodljivi gubici. Istovremeno, izolacijski materijali se koriste za omotavanje i izolaciju namota kako bi se osigurala izolacijska izvedba i rasipanje topline. Na temelju rasporeda namota unutar jezgre, transformatori se mogu klasificirati u dvije vrste: tip s jezgrom-i tip-ljuske.
Namoti i jezgra zajedno čine komponente jezgre transformatora. Tijekom rada transformatora, namoti stvaraju toplinu zbog vlastitog otpora ili kontaktnog otpora na spojevima; ovaj fenomen se može objasniti Jouleovim zakonom.
Namoti su kritične komponente u transformatoru, a njihov pravilan rad ključan je za performanse transformatora. Međutim, namoti mogu naići na razne probleme tijekom rada. Prvo, toplina se stvara zbog vlastitog otpora namota ili kontaktnog otpora na spojevima, fizičkog fenomena koji otkriva Jouleov zakon. Stoga namoti moraju izbjegavati struju koja premašuje njihovu nazivnu struju tijekom duljeg razdoblja kako bi se spriječilo pregrijavanje. Nadalje, kada prolazi struja kratkog -spoja, ona generira značajnu elektromagnetsku silu na namote, potencijalno uzrokujući ozbiljna oštećenja transformatora.
Postoje različite vrste namota transformatora, a najosnovniji su koncentrični i isprepleteni namoti. Glavni kvarovi s kojima se ti namoti mogu suočiti uključuju-kratke spojeve među zavojima i kratke spojeve na kućištu. Među-kratki spojevi mogu biti uzrokovani starenjem izolacije, radom preopterećenja ili mehaničkim oštećenjem tijekom-kratkih spojeva u strujnom krugu. Među-kratki spojevi mogu se pojaviti i kada razina ulja u transformatoru padne, uzrokujući da dijelovi namota budu izloženi iznad površine ulja. Istodobno, prekomjerna struja tijekom kratkog spoja-kroznog kruga može deformirati namote, dodatno oštećujući izolaciju i tako izazvati kratki spoj među-zavojima.
Kada dođe do kratkog spoja među-zavojima, struja u kratko-spojenom namotu može premašiti nazivnu vrijednost, ali struja cijelog namota još uvijek može biti unutar ograničenja. U tom slučaju može se aktivirati plinska zaštita, au težim slučajevima može intervenirati i diferencijalna zaštita. Kratki spojevi s kućištem također mogu biti uzrokovani starenjem izolacije, vlagom u ulju, padom razine ulja ili munjom i radnim prenaponima. Nadalje, prekomjerna struja tijekom kratkog spoja kroz-krug također može uzrokovati deformaciju namota, što dovodi do kratkog spoja na kućište. Ova vrsta kratkog spoja obično aktivira rad uređaja za zaštitu od plina i uređaja za zaštitu od uzemljenja.
6. Spremnik za ulje Komponente jezgre-uljnog transformatora-namoti i jezgra-smještene su u spremniku za ulje napunjenom transformatorskim uljem. Ova vrsta spremnika za ulje obično je zavarena od čeličnih ploča i dizajnirana je da pruži robusnu mehaničku zaštitu i izvrsno hlađenje. Za srednje i male transformatore, spremnik se obično sastoji od dva dijela: plašta spremnika i poklopca spremnika. Tijelo transformatora smješteno je unutar kućišta, a otvaranje poklopca spremnika olakšava pregled i održavanje tijela.
Nadalje, transformatori se mogu podijeliti u dvije glavne kategorije na temelju njihove metode izolacije i hlađenja: uljni-i suhi-tip. U-uljnim transformatorima, jezgra i namoti zajedno su uronjeni u transformatorsko ulje, čime se poboljšavaju performanse izolacije i optimiziraju uvjeti hlađenja. Ipak, suhi-transformatori se također koriste u određenim specifičnim primjenama, kao što je ulična rasvjeta i rasvjeta rudnika.
1. Ne{1}}uljni{2}}uronjeni transformatori, kao što su serije S8, S9 i S10, obično se koriste u industrijskim i rudarskim poduzećima, poljoprivredi i civilnoj gradnji.
2. Zatvoreni uljni-transformatori, uključujući modele kao što su S9, S9-M i S10-M, posebno su prikladni za složena okruženja s visokim razinama ulja i kemijskih tvari, poput onih u naftnoj i kemijskoj industriji.
3. Zatvoreni uljni-transformatori, kao što su serije BS9, S9-, S10-, S11-MR, SH i SH12-M, široko se koriste za distribuciju električne energije na različitim lokacijama, uključujući industrijska i rudarska poduzeća, poljoprivredu i civilne zgrade.
Osim toga, postoje transformatori dizajnirani za posebne namjene, kao što su visoko{0}}naponski transformatori za ispitivanje, transformatori za električne peći, transformatori za zavarivanje i transformatori koji se koriste u tiristorskim krugovima. Nezaobilazni su i naponski transformatori i strujni transformatori za mjerne instrumente.
a. Niskonaponski-namot uljnog-transformatora, osim ako se ne koristi bakreni vodič u modelu malog-kapaciteta, obično koristi cilindrični dizajn s bakrenim namotom. Visok{5}}naponski namot koristi više-cilindričnu strukturu. Ovaj dizajn pomaže u održavanju uravnotežene distribucije amper-okreta, smanjuje protok curenja i poboljšava mehaničku čvrstoću i otpornost-na kratki spoj.
b. Kako bi se osigurala stabilnost, i jezgra i namoti pričvršćeni su samo{1}}zaključavajućim maticama kako bi izdržali udarce tijekom transporta. Nadalje, struktura bez jezgre omogućuje transformatoru da izdrži veće transportne udare.
c. Tijekom proizvodnje, i zavojnice i jezgra podvrgavaju se vakuumskom sušenju, a koriste se procesi vakuumske filtracije ulja i ubrizgavanja kako bi se osiguralo da se unutarnja razina vlage svede na minimum.
d. Spremnik za ulje ima genijalan dizajn s valovitim limovima, koji imaju funkciju disanja kako bi kompenzirali promjene volumena ulja uzrokovane temperaturnim varijacijama, čime se eliminira potreba za konzervatorom ulja i smanjuje visina transformatora.
e. Zbog upotrebe valovitih limova, transformatorsko ulje je izolirano od vanjskog zraka, učinkovito sprječava prodor kisika i vlage, čime se održava izvrsna izolacijska izvedba.
f. Ukratko, ove značajke dizajna zajedno osiguravaju da uljni-transformatori ne zahtijevaju izmjene ulja pod normalnim uvjetima opterećenja, značajno smanjujući troškove održavanja i znatno produžujući njihov vijek trajanja.
U situacijama s velikim brojem primarnih ili sekundarnih opterećenja, preporuča se konfigurirati dva ili više transformatora. Na ovaj način, čak i ako se jedan transformator isključi, kapacitet preostalih transformatora može zadovoljiti zahtjeve za snagom primarnog i sekundarnog opterećenja. Istovremeno, primarna i sekundarna opterećenja trebaju biti koncentrirana što je više moguće kako bi se izbjegla pretjerana disperzija.
Kada je sezonsko opterećenje veliko, preporučuju se namjenski transformatori. Primjeri uključuju rashladna opterećenja klimatizacijskih uređaja i grijanje električno grijanje opterećenja u velikim civilnim zgradama. U primjenama s velikim koncentriranim opterećenjem preporučuju se namjenski transformatori. To uključuje veliku opremu za grijanje, velike rendgenske strojeve i elektrolučne peći.
Ako je rasvjetno opterećenje veliko ili ako dijeljenje transformatora za napajanje i rasvjetu značajno utječe na kvalitetu rasvjete i vijek trajanja žarulje, može se ugraditi namjenski transformator za rasvjetu. Tipično, snaga i rasvjeta dijele jedan transformator.
7. Radno okruženje:
U normalnim uvjetima okoline, i uljni-i suhi-transformatori su održive opcije. Ovi transformatori su prikladni za industrijska i rudarska poduzeća, neovisne ili priključene trafostanice u poljoprivredi i neovisne trafostanice u stambenim područjima. Dostupni modeli transformatora uključuju S8, S9, S10, SC(B)9 i SC(B)10. Nadalje, mora se uzeti u obzir utjecaj temperature na odabir transformatora.
① Ovi transformatori mogu održati dugo-stabilan rad na 220 stupnjeva.
② Mogu lako izdržati kratkotrajne-visoke-temperaturne udare od 350 stupnjeva.
③ Ovi transformatori održavaju izvrsne performanse bez obzira na velike temperaturne varijacije ili fluktuacije vlažnosti.
④ Na 250 stupnjeva, neće se topiti, teći niti podržavati izgaranje.
⑤ Što je još izvanrednije, ovi transformatori neće ispuštati otrovne ili korozivne plinove čak ni pri ekstremnim temperaturama do 750 stupnjeva.
Nadalje, ovi transformatori imaju izvrsnu nosivost, sposobni su zadovoljiti zahtjeve za snagom u različitim složenim radnim uvjetima.
Pri određivanju kapaciteta distribucijskih transformatora, kapacitet različite električne opreme mora se sveobuhvatno razmotriti i izračunati opterećenje (obično isključujući protupožarno opterećenje). Kompenzirani prividni kapacitet primarna je osnova za odabir kapaciteta i broja transformatora. Obično se faktor opterećenja transformatora održava na približno 85%. Ova metoda je relativno jednostavna i pogodna za procjenu kapaciteta.
Prema preporukama GB/T17468-1998 "Smjernice za odabir energetskih transformatora," odabir kapaciteta distribucijskih transformatora treba kombinirati sa GB/T15164-94 "Smjernice za opterećenje za uljne energetske transformatore" ili GB/T17211-1998 "Smjernice za opterećenje za suhe energetske transformatore," i odrediti na temelju izračunato opterećenje. Dvije gore spomenute smjernice pružaju računalne programe i dijagrame normalnog ciklusa opterećenja za točnije određivanje kapaciteta distribucijskih transformatora.
Transformatorsko ulje je omiljeno zbog izvrsne izolacije i toplinske vodljivosti, a cijena mu je relativno pristupačna.
Transformatorsko ulje učinkovito rješava probleme rasipanja topline i visoko{0}}izolacije napona u transformatorima velikog-kapaciteta.
Međutim, ima i neke nedostatke:
Transformatorsko ulje je zapaljivo; kontakt s plamenom potencijalno može izazvati izgaranje ili čak eksploziju, zahtijevajući pažljivo rukovanje.
Ovo ulje predstavlja potencijalnu opasnost po zdravlje, zbog čega su potrebne odgovarajuće zaštitne mjere tijekom rada.
Transformatorsko ulje zahtijeva redoviti stručni pregled kako bi se osigurala njegova stabilna i sigurna izvedba.
Uljne{0}}transformatore karakterizira loša izvedba brtvljenja i osjetljivost na starenje, što može dovesti do ozbiljnog curenja ulja na radnom mjestu. To ne samo da utječe na normalan rad opreme, već može imati i negativne učinke na okolni okoliš.
Uljni{0}}transformatori imaju relativno niske klase izolacije, obično su projektirani i proizvedeni prema standardima izolacije klase A. Stoga se prilikom odabira i uporabe posebna pozornost mora posvetiti procjeni njihova vijeka trajanja.
Stupanj polimerizacije (DP) izolacijskih materijala transformatora ključni je pokazatelj za mjerenje stupnja starenja izolacije, a njegova točnost i pouzdanost naširoko su priznate. Za određivanje razine starenja transformatora, obično koristimo prosječni stupanj polimerizacije (DP) izolacijskog kartona kao standard. Sljedeći su naši kriteriji: prosječni DP manji od 450 označava ocjenu životnog vijeka; prosječni DP manji od 250 označava opasan stupanj.
1) Standardi vlačne čvrstoće za životni vijek i stupnjeve opasnosti
U stupnju životnog vijeka, izolacijski papir zadržava 60% svoje početne maksimalne vlačne čvrstoće pod vanjskim-uvjetima kratkog spoja. Nakon što se dosegne stupanj opasnosti, ta preostala čvrstoća pada na 15%.
2) Standardi vjerojatnosti kvara DP za japanska izolacijska papirna vlakna
Kada je vrijednost DP veća ili jednaka 450, vjerojatnost kvara izolacijskog papirnog vlakna je 0; kada je vrijednost DP između 450 i 250, vjerojatnost kvara je obrnuto proporcionalna vrijednosti DP, konkretno (450 - DP) / 200; a kada je vrijednost DP manja od 250, vjerojatnost kvara je 1.
3) Formula za procjenu preostalog vijeka transformatora pomoću prosječnog DP-a
Preostali životni vijek transformatora možemo procijeniti pomoću njegove početne prosječne vrijednosti DP (n0), prosječnog DP nakon L godina (nL) i broja godina L. Konkretna formula je: Preostali životni vijek (nL/n0)=(1 - r)L, gdje je r stopa smanjenja prosječnog DP-a.
Tijekom rada u{0}}uljnog energetskog transformatora, toplina koju stvaraju namoti i jezgra prvo se prenosi u transformatorsko ulje, a zatim kroz ulje u rashladni medij. Ovisno o kapacitetu transformatora, postoji nekoliko načina hlađenja:
1. Hlađenje prirodnom cirkulacijom ulja, tj. samohlađenje-uronjeno-uljem.
2. Hlađenje zrakom s prirodnom cirkulacijom ulja, tj. hlađenje zrakom uronjeno u-ulje.
3. Hlađenje vodom s prisilnom cirkulacijom ulja.
4. Hlađenje zrakom s prisilnom cirkulacijom ulja.
Ovo su uobičajeni načini hlađenja za-uljne energetske transformatore. Odabir odgovarajuće metode hlađenja na temelju stvarne upotrebe ključan je.
1. Primjenjivi opseg: Prikladno za nadmorske visine ne veće od 1000 metara, unutarnju ili vanjsku upotrebu.
2. Uvjeti okoline: Stabilan rad u uvjetima maksimalne temperature okoline +40 stupnjeva i maksimalne dnevne prosječne temperature +30 stupnjeva.
3. Raspon temperature: Prosječna godišnja temperatura +20 stupnjeva, minimalna temperatura -25 stupnjeva.
4. Prilagodba: Rješenja transformatora za posebne uvjete rada mogu se osigurati prema potrebama korisnika.
Zatim ćemo se udubiti u analizu kvarova ovih metoda hlađenja u praktičnim primjenama.
Transformatori se mogu susresti s raznim greškama tijekom rada, uključujući greške u namotima, čahurama, izmjenjivačima slavina i dodacima kao što su jezgra i spremnik. Kvarovi namota se uglavnom manifestiraju kao među-kratki spojevi među zavojima, uzemljenje namota, kratki spojevi-na-faze, otvoreni krugovi i kvarovi zavara. Kvarovi izolatora obično su uzrokovani nakupljanjem kamenca, što može lako izazvati bljesak tijekom jake magle ili slabe kiše, što dovodi do jedno-uzemljenja ili kratkog spoja-na-fazu na visoko-naponskoj strani transformatora. Nadalje, ozbiljno curenje je također značajan problem, koji može biti uzrokovan pukotinama zavara, kvarom brtve, vibracijama tijekom rada, vanjskim udarcima na spremnik i oštećenjima od korozije. Ako se otkrije curenje, transformator treba odmah isključiti radi popravka i podmazivanja. U isto vrijeme potrebno je pomno pratiti kvarove mjenjača.