Уљни-трансформатори, као кључна опрема у системима дистрибуције електричне енергије за индустријска и рударска предузећа и цивилне зграде, преузимају важан задатак смањења напона високонапонских мрежа од 10(6)кВ или 35кВ-на напон магистрале 230/400В како би задовољили потребе корисника за електричном енергијом. Овај тип трансформатора је погодан за напајање наизменичном струјом од 50(60)Хз, са максималним трофазним капацитетом од 2500кВА и максималним једнофазним капацитетом од 833кВА (али једнофазни трансформатори се генерално не препоручују). Може се користити у затвореном простору или инсталирати на отвореном. За трансформаторе са капацитетом од 315кВА и мање, може се чак и директно инсталирати на стуб. Штавише, има одређене захтеве у погледу услова околине, укључујући опсег температуре околине, максималну дневну просечну температуру, максималну средњу годишњу температуру, релативну влажност и надморску висину. Ако стварни услови коришћења нису у складу са овим прописима, потребно је извршити одговарајућа прилагођавања квоте према стандарду ГБ6450-86.
1. Разликовање фаза Уљни-уроњени трансформатори се могу поделити на три-фазне трансформаторе и једнофазне-трансформаторе. У тро-фазним системима напајања, тро-фазни трансформатори су конвенционални избор. Међутим, када је капацитет превелик или су услови транспорта ограничени, три једнофазна-трансформатора се могу користити за формирање групе трансформатора како би се задовољила потражња.
2. Класификација намотаја
Трансформатори се могу класификовати на трансформаторе са два-трансформатора намотаја и три-трансформатора намотаја на основу броја намотаја. Трансформатори са два-намотаја су уобичајени тип, са два намотаја на свом језгру: један као примарни намотај, а други као секундарни намотај. Трансформатори са три{5}}намотаја су типично погодни за веће капацитете (преко 5600 кВА), а ови трансформатори се могу повезати на три различита напонска далековода. Штавише, у неким специјалним применама се користе чак и Сатонс трансформатори са више намотаја.
3. Структурна класификација
Трансформатори се могу класификовати на трансформаторе типа језгра-и трансформаторе типа шкољке{1}}на основу њихових структурних карактеристика. У трансформаторима-типа језгра, намотаји су обично омотани око спољашње стране језгра, док се код трансформатора типа -језгра језгро налази око намотаја. Ове две врсте трансформатора имају мале структурне разлике, али се принципи њиховог рада не разликују суштински. У пракси, велика већина трансформатора који се обично користе у енергетским системима су језгра{7}}типа.
Поред тога, трансформатори садрже и друге кључне компоненте, као што су језгро, намотаји, резервоар за уље, конзерватор уља, изолационе чауре, мењачи славина и гасни релеји, који заједно чине комплетну структуру трансформатора.
4. Језгро Као језгро магнетног кола трансформатора, језгро игра кључну улогу. Током рада трансформатора, језгро генерише топлоту због хистерезе и губитака на вртложне струје. Да би се ефикасно смањио овај губитак топлоте и минимизирала величина и тежина трансформатора, за конструкцију језгра обично се користе хладно -ваљани зрнасти- лимови од силиконског челика са високом пропусношћу и дебљином мањом од 0,35 мм. Штавише, на основу распореда намотаја унутар језгра, трансформатори се могу класификовати у два типа: тип језгра-и тип кућишта-.
У трансформаторима великог{0}}капацитета, да би се обезбедило да топлота коју стварају губици у језгру ефикасно однесе изолационо уље током циркулације, чиме се постиже добро хлађење, језгро је обично дизајнирано са наменским каналима за расхладно уље.
5. Намотаји Намотаји су кључна компонента трансформатора, одговорна за претварање електричне енергије у магнетну, а затим назад у електричну енергију. У трансформаторима, намотаји су обично направљени од изоловане бакарне или алуминијумске жице да би се смањили проводни губици. Истовремено, изолациони материјали се користе за омотавање и изолацију намотаја како би се обезбедиле перформансе изолације и расипање топлоте. На основу распореда намотаја унутар језгра, трансформатори се могу класификовати у два типа: тип језгра-и тип омотача-.
Намотаји и језгро заједно чине компоненте језгра трансформатора. Током рада трансформатора, намотаји стварају топлоту због сопственог отпора или контактног отпора на спојевима; овај феномен се може објаснити Џуловим законом.
Намотаји су критичне компоненте у трансформатору и њихов правилан рад је од суштинског значаја за перформансе трансформатора. Међутим, намотаји могу наићи на различите проблеме током рада. Прво, топлота се генерише услед сопственог отпора намотаја или контактног отпора на спојевима, физичког феномена откривеног Јоулеовим законом. Због тога, намотаји морају избегавати да носе струје које прелазе њихову називну струју током дужег периода да би се спречило прегревање. Штавише, када струја кратког{4}}струја прође, она генерише значајну електромагнетну силу на намотајима, потенцијално изазивајући озбиљно оштећење трансформатора.
Постоје различите врсте намотаја трансформатора, а најосновнији су концентрични и испреплетани намотаји. Главни кварови са којима се ови намотаји могу суочити укључују-кратке спојеве и кратке спојеве на кућишту. Кратки спојеви између завоја могу бити узроковани старењем изолације, радом преоптерећења или механичким оштећењем током-кратких спојева. До кратких спојева између завоја може доћи и када ниво уља у трансформатору падне, што доводи до тога да делови намотаја буду изложени изнад површине уља. Истовремено, прекомерна струја током кратког споја-може деформисати намотаје, додатно оштетити изолацију и на тај начин изазвати кратки спој између -завоја.
Када дође до кратког споја између{0}}завоја, струја у краткоспојеном-намотају може да премаши номиналну вредност, али струја целог намотаја и даље може да буде унутар ограничења. У овом случају може се активирати уређај за заштиту од гаса, ау тешким случајевима може интервенисати и диференцијални заштитни уређај. Кратки спојеви на кућишту такође могу бити узроковани старењем изолације, влагом у уљу, падом нивоа уља или грмљавином и радним пренапонима. Штавише, прекомерна струја током кратког споја- може такође изазвати деформацију намотаја, што доводи до кратког споја на кућиште. Ова врста кратког споја обично покреће рад уређаја за заштиту гаса и уређаја за заштиту уземљења.
6. Резервоар за уље Основне компоненте уљног-уроњеног трансформатора-намотаји и језгро-су смештени у резервоар за уље напуњен трансформаторским уљем. Овај тип резервоара за уље је обично заварен од челичних плоча и дизајниран је да обезбеди робусну механичку заштиту и одлично хлађење. За средње и мале трансформаторе, резервоар се обично састоји од два дела: шкољке резервоара и поклопца резервоара. Тело трансформатора је смештено унутар кућишта, док отвор поклопца резервоара олакшава преглед и одржавање тела.
Штавише, трансформатори се могу поделити у две главне категорије на основу њихове изолације и метода хлађења: уљни-уроњени и суви-тип. У трансформаторима-уроњеним у уље, језгро и намотаји су заједно уроњени у трансформаторско уље, чиме се побољшавају перформансе изолације и оптимизују услови хлађења. Ипак, трансформатори сувог{5}}типа се такође користе у одређеним специфичним применама, као што су улично осветљење и осветљење рудника.
1. Не-затворени уљни- трансформатори, као што су серије С8, С9 и С10, обично се користе у индустријским и рударским предузећима, пољопривреди и грађевинарству.
2. Затворени уљни-трансформатори, укључујући моделе као што су С9, С9-М и С10-М, посебно су погодни за сложена окружења са високим нивоом уља и хемијских супстанци, као што су она у нафтној и хемијској индустрији.
3. Затворени трансформатори-уроњени у уље, као што су серије БС9, С9-, С10-, С11-МР, СХ и СХ12-М, широко се користе за дистрибуцију електричне енергије на различитим локацијама, укључујући индустријска и рударска предузећа, пољопривреду и цивилне зграде.
Поред тога, постоје трансформатори дизајнирани за посебне намене, као што су високонапонски-трансформатори за испитивање, трансформатори за електричне пећи, трансформатори за заваривање и трансформатори који се користе у тиристорским колима. Незаменљиви су и напонски и струјни трансформатори за мерне инструменте.
а. Нисконапонски-намотај трансформатора уроњеног у уље-, осим ако не користи бакарни проводник у моделу малог-капацитета, обично користи цилиндрични дизајн са намотајем од бакарне фолије. Намотај високог{5}}намотаја користи више-слојну цилиндричну структуру. Овај дизајн помаже у одржавању уравнотежене амперске{8}}дистрибуције обртаја, смањује флукс цурења и побољшава механичку чврстоћу и способност отпорности на кратки спој{9}}.
б. Да би се обезбедила стабилност, и језгро и намотаји су причвршћени само-наврткама како би издржали ударце током транспорта. Штавише, структура без језгра омогућава трансформатору да издржи веће транспортне ударе.
ц. Током производње, и калем и језгро се подвргавају вакуумском сушењу, а користе се процеси вакуумске филтрације уља и убризгавања како би се осигурало да се нивои унутрашње влаге сведу на минимум.
д. Резервоар за уље има генијалан дизајн са валовитим лимовима, који имају функцију дисања да компензују промене запремине уља изазване температурним варијацијама, чиме се елиминише потреба за конзерватором уља и смањује висина трансформатора.
е. Због употребе валовитих лимова, трансформаторско уље је изоловано од спољашњег ваздуха, ефикасно спречавајући продор кисеоника и влаге, чиме се одржавају одличне перформансе изолације.
ф. Укратко, ове карактеристике дизајна заједно обезбеђују да трансформатори-уроњени у уље не захтевају промену уља под нормалним условима оптерећења, што значајно смањује трошкове одржавања и значајно продужава њихов радни век.
У ситуацијама са великим бројем примарних или секундарних оптерећења, препоручује се конфигурисање два или више трансформатора. На овај начин, чак и ако се један трансформатор искључи, капацитет преосталих трансформатора може задовољити потребе за снагом примарног и секундарног оптерећења. Истовремено, примарно и секундарно оптерећење треба концентрисати што је више могуће како би се избегла прекомерна дисперзија.
Када је сезонски капацитет оптерећења велики, препоручују се наменски трансформатори. Примери укључују расхладна оптерећења клима уређаја и грејна оптерећења електричног грејања у великим цивилним зградама. У апликацијама са високим концентрованим оптерећењем, препоручују се наменски трансформатори. Ово укључује велику опрему за грејање, велике Кс-машине и електролучне пећи.
Ако је оптерећење осветљењем велико, или ако дељење трансформатора за напајање и осветљење значајно утиче на квалитет осветљења и животни век сијалице, може се инсталирати наменски трансформатор за осветљење. Типично, напајање и осветљење деле један трансформатор.
7. Радно окружење:
У нормалним условима животне средине, трансформатори типа -уроњени и суви- су одрживе опције. Ови трансформатори су погодни за индустријска и рударска предузећа, самосталне или прикључене подстанице у пољопривреди и независне подстанице у стамбеним подручјима. Доступни модели трансформатора укључују С8, С9, С10, СЦ(Б)9 и СЦ(Б)10. Штавише, мора се узети у обзир утицај температуре на избор трансформатора.
① Ови трансформатори могу да одржавају-дугорочни стабилан рад на 220 степени.
② Лако могу да издрже краткорочне-високе-ударе од 350 степени.
③ Ови трансформатори одржавају одличне перформансе без обзира на велике температурне варијације или флуктуације влажности.
④ На 250 степени, неће се топити, тећи или подржавати сагоревање.
⑤ Што је још важније, ови трансформатори неће испуштати токсичне или корозивне гасове чак ни на екстремним температурама до 750 степени.
Штавише, ови трансформатори имају одличан капацитет оптерећења, способни да задовоље потребе за снагом у различитим сложеним условима рада.
Приликом одређивања капацитета дистрибутивних трансформатора, капацитет различите електричне опреме мора се свеобухватно размотрити и израчунати оптерећење (обично искључујући оптерећење за заштиту од пожара). Компензовани привидни капацитет је примарна основа за избор капацитета и броја трансформатора. Типично, фактор оптерећења трансформатора се одржава на приближно 85%. Овај метод је релативно једноставан и погодан за процену капацитета.
Према препорукама ГБ/Т17468-1998 „Смернице за избор енергетских трансформатора“, избор капацитета дистрибутивних трансформатора треба да се комбинује са ГБ/Т15164-94 „Смерницама за оптерећење за енергетске трансформаторе са уљем“ или ГБ/Т17211-Т17211-Т17211-Т17211-Т1998 за трансформаторе за напајање, и Д. на основу израчунатог оптерећења. Две горе поменуте смернице пружају компјутерске програме и дијаграме оптерећења нормалног циклуса за прецизније одређивање капацитета дистрибутивних трансформатора.
Трансформаторско уље је омиљено због одличне изолације и топлотне проводљивости, а цена му је релативно приступачна.
Трансформаторско уље ефикасно решава проблеме одвођења топлоте и високонапонске изолације-у трансформаторима великог-капацитета.
Међутим, он такође има неке недостатке:
Трансформаторско уље је запаљиво; контакт са пламеном може потенцијално изазвати сагоревање или чак експлозију, што захтева пажљиво руковање.
Ово уље представља потенцијалну опасност по здравље, због чега су потребне одговарајуће заштитне мере током рада.
Трансформаторско уље захтева редовну професионалну инспекцију како би се осигурало његово стабилно и сигурно деловање.
Уљне{0}}трансформаторе карактерише слаб учинак заптивања и подложност старењу, што може довести до озбиљног цурења уља на месту рада. Ово не утиче само на нормалан рад опреме, већ може имати и штетне ефекте на околину.
Трансформатори{0}}уроњени у уље имају релативно ниске класе изолације, обично пројектовани и произведени у складу са стандардима за изолацију класе А. Због тога се приликом одабира и употребе посебна пажња мора посветити процени њиховог животног века.
Степен полимеризације (ДП) изолационих материјала трансформатора је кључни индикатор за мерење степена старења изолације, а његова тачност и поузданост су општепризнате. Да бисмо одредили ниво старења трансформатора, обично користимо просечан степен полимеризације (ДП) изолационог картона као стандард. Наши критеријуми су следећи: Просечан ДП мањи од 450 указује на оцену животног века; просечан ДП мањи од 250 указује на опасан степен.
1) Стандарди затезне чврстоће за животни век и степен опасности
У степену животног века, изолациони папир задржава 60% своје почетне максималне затезне чврстоће под спољним условима кратког-споја. Када се достигне опасан степен, ова заостала чврстоћа пада на 15%.
2) Стандарди вероватноће ДП отказа за јапанска изолациона папирна влакна
Када је ДП вредност већа или једнака 450, вероватноћа квара изолационог папирног влакна је 0; када је ДП вредност између 450 и 250, вероватноћа квара је обрнуто пропорционална вредности ДП, тачније (450 - ДП) / 200; а када је ДП вредност мања од 250, вероватноћа квара је 1.
3) Формула за процену преосталог века трансформатора користећи просечни ДП
Можемо проценити преостали век трајања трансформатора користећи његову почетну просечну вредност ДП (н0), просечну ДП после Л година (нЛ) и број година Л. Специфична формула је: Преостали век (нЛ/н0)=(1 - р)Л, где је р стопа смањења просечног ДП.
Током рада енергетског-уљаног трансформатора, топлота коју стварају намотаји и језгро прво се преноси на трансформаторско уље, а затим кроз уље на расхладни медијум. У зависности од капацитета трансформатора, постоји неколико метода хлађења:
1. Природно циркулацијско хлађење уља, тј. самохлађење-уроњено у уље-.
2. Хлађење ваздуха са природном циркулацијом уља, тј. хлађење ваздуха-уроњеним у уље.
3. Водено хлађење принудне циркулације уља.
4. Принудна циркулација уља хлађење ваздуха.
Ово су уобичајене методе хлађења енергетских{0}}уљних трансформатора. Одабир одговарајуће методе хлађења на основу стварне употребе је кључан.
1. Применљиви опсег: Погодно за висине не веће од 1000 метара, унутрашњу или спољашњу употребу.
2. Услови околине: Стабилан рад у условима максималне температуре околине +40 степен и максималне дневне просечне температуре +30 степена.
3. Температурни опсег: годишња просечна температура +20 степен, минимална температура -25 степени.
4. Прилагођавање: Решења трансформатора за посебне услове рада могу се обезбедити према потребама корисника.
Затим ћемо се упустити у анализу грешака ових метода хлађења у практичним применама.
Трансформатори могу наићи на различите кварове током рада, укључујући кварове на намотајима, чаурама, измењивачима славина и прибору као што су језгро и резервоар. Кварови намотаја се углавном манифестују као међу-кратки спојеви, уземљење намотаја, кратки спојеви-на-фаза, отворени кругови и кварови заваривања. Кварови проводника су обично узроковани нагомилавањем каменца, што може лако да изазове прескакање током јаке магле или слабе кише, што доводи до једнофазног уземљења или фазног-фазног-кратког споја на високонапонској-страни трансформатора. Штавише, озбиљно цурење је такође значајан проблем, који може бити узрокован напрслинама завара, кваром заптивке, вибрацијама током рада, спољашњим ударима на резервоар и оштећењем од корозије. Ако се открије цурење, трансформатор треба одмах искључити ради поправке и подмазивања. У исто време, кварови на мењачу такође морају бити пажљиво праћени.