Transformator

Transformator mocy o mocy 250  MVA
Transformator 220 kV/110 kV (środkowy odcinek mostu do transportu wózkiem nośnym )

Jako transformator nazywa elektryczny transformator , z usług, począwszy od 10 M VA przeznaczony jest do około 1000 MVA. Do tej klasy należą urządzenia w sieciach elektroenergetycznych , które często projektowane są jako trójfazowe transformatory prądu przemiennego , ale także jednofazowe do zasilania trakcji . W razie potrzeby i przy odpowiednio wysokiej mocy, trzy pojedyncze jednofazowe transformatory mocy można połączyć ze sobą, tworząc tak zwany trójfazowy bank, który działa wtedy jak trójfazowy transformator prądu przemiennego.

Obszary zastosowań

Struktura poszczególnych typów różni się w zależności od obszaru zastosowania. W większych elektrowniach transformatory maszynowe służą do przekształcania napięcia generatora z kilku 10 kV na napięcia kilku 100 kV, które są powszechne w sieciach wysokiego napięcia. Zakres mocy wynosi od kilku 10 MVA do nieco ponad 1000 MVA.

Transformatory sprzęgające sieci są stosowane w podstacjach . W większych podstacjach służą one jako węzeł dla krajowych sieci transportowych w celu podłączenia różnych poziomów napięcia, takich jak typowe w Europie poziomy 110 kV, 220 kV lub 380 kV. Zakres mocy obejmuje około 100 MVA. W niektórych podstacjach do ukierunkowanego sterowania przepływami obciążenia na poszczególnych liniach stosuje się transformatory przesuwające fazę . Transformatory mocy o mniejszych rozmiarach rzędu kilku 10 MVA są stosowane w podstacjach do zasilania sieci średniego napięcia . Zakres od kilku 10 kVA do kilku MVA jest stosowany w lokalnych stacjach transformatorowych, które służą do zasilania sieci niskiego napięcia i są określane jako transformatory rozdzielcze.

Specjalne transformatory mocy to transformatory przekształtnikowe , które służą do zasilania lub podłączania - obecnie zwykle energoelektronicznych - przekształtników mocy. Rozróżnia się głównie między transformatorów dla przemysłowych zastosowań - w obszarze wysokich wyjść, są to głównie wysokiej wydajności układów prostownikowych dla systemów elektrolizy , (prąd stały) łukowych pieców lub piecach grafitowych - i transformatory dla prądu stałego wysokiego napięcia transmisja (HVDC) .

Niezależnie od zastosowania, transformatory przekształtnikowe mocy muszą być projektowane termicznie inaczej niż transformatory konwencjonalne, ponieważ przekształtniki mocy generują wysoki stopień harmonicznych prądu, które wpływają zarówno na konstrukcję uzwojeń ( efekt naskórkowości ), jak i rdzenia (prądy wirowe). Ponadto transformatory tego typu mają zwykle po stronie przekształtnika wiele trójfazowych, różnie połączonych uzwojeń, które umożliwiają pracę przekształtników o wyższych impulsach na transformatorze. Podczas gdy przesył prądu stałego wysokiego napięcia ma zwykle bardzo wysokie napięcia w zakresie od kilku 100 kV do zakresu SN z dość niskimi prądami po obu stronach, przy transformatorach prostownikowych po stronie przekształtnika (strona wtórna) zwykle występują napięcia 1 kV lub poniżej, podczas gdy natężenie prądu może wynosić kilka 10 kA na fazę.

Transformatory HVDC charakteryzują się dużą zdolnością przesyłową przy zwykle stosunkowo niskim współczynniku transformacji. Ze względu na swoje rozmiary i wymagane odległości izolacyjne są zwykle konstruowane jako zespoły zewnętrznie połączonych jednostek jednofazowych. Zasadniczo transfer energii za pomocą HVDC może być dwukierunkowy, więc terminy strona pierwotna i wtórna nie mogą być używane dla tych transformatorów, ponieważ zasadniczo odnoszą się one do przepływu obciążenia zgodnie z normą IEC.

W przypadku zastosowań prostowników o wysokiej wydajności, w przeciwieństwie do HVDC, zwykle wymagana jest regulacja napięcia i prądu w całym zakresie, dlatego stosowane transformatory mają również podobciążeniowe przełączniki zaczepów o szerokim zakresie , które mogą mają ponad 100 stopni, szczególnie w przypadku transformatorów do prostowników diodowych i które zwykle są umieszczone w transformatorze regulacyjnym podłączonym przed rzeczywistym transformatorem przekształtnikowym. Jeśli to możliwe, transformatory regulacyjne i prostownicze są umieszczone w tym samym kotle. W przypadku prostowników diodowych do zastosowań elektrolizy często dodaje się dławiki regulacyjne, aby umożliwić precyzyjne dostrojenie napięcia. Są one zwykle również wbudowane w kadź transformatora. Ponadto często występują dodatkowe uzwojenia lub wyjścia do podłączenia układów kompensacji mocy biernej i filtrów harmonicznych.

Innym szczególnym zastosowaniem w przemyśle ciężkim jest transformator z elektrycznym piecem łukowym ( EAF) , który służy do topienia złomu stalowego w bezpośrednim sąsiedztwie elektrycznego pieca łukowego . Transformatory te o mocy wyjściowej od kilku 10 MVA do ponad 300 MVA mają bardzo duże prądy od kilku 10 kA do ponad 100 kA po stronie niskiego napięcia przy kilku 100 V. Mogą również mieć budowę jednofazową i być połączone w układzie trójfazowym za pomocą obwodu plecakowego .

Transformatory testowe , takie jak te używane w laboratoriach wysokiego napięcia i polach testowych do generowania wysokich napięć AC, generalnie nie są liczone jako transformatory mocy, ponieważ ich zdolność przesyłowa jest w porównaniu z nimi raczej niska. Ograniczenie mocy transmisji, a zwłaszcza mocy zwarciowej jest zwykle nawet pożądane w przypadku transformatorów testowych w celu uniknięcia poważnych uszkodzeń lub nawet całkowitego zniszczenia testowanego obiektu w przypadku awarii. Podstawową funkcją jest tutaj generowanie wysokiej jakości napięć testowych. Ponadto izolacja transformatorów testowych jest na ogół specjalnie zaprojektowana, aby mieć bardzo niskie poziomy wyładowań niezupełnych (w zakresie granicy wykrywalności) w całym zakresie napięcia roboczego, podczas gdy wyładowania niezupełne w transformatorach mocy są tolerowane, o ile poziom jest należy się spodziewać zakresu, w którym zastosowana izolacja nie zostanie uszkodzona.

budowa

Transformatory mocy olejowe

Przekrój przez transformator mocy

Aktywni uczestnicy

opis

Kombinacja rdzenia, uzwojeń, części prasowanych (rama prasy, pręty prasujące) i tłoczenia nazywana jest częścią aktywną. Większość transformatorów, takich jak B. Transformatory sieciowe lub maszynowe mają aktywną część transformatorową. Niektóre z tych transformatorów mają dodatkowe aktywne części, takie jak dławiki ograniczające prąd zwarciowy lub dławiki ograniczające prąd dla specjalnych typów przełączników zaczepów . Transformatory przemysłowe, takie jak transformatory piecowe lub przekształtnikowe, mogą mieć, oprócz jednej lub więcej części aktywnych transformatora, również części aktywne transformatora regulujące lub części aktywne dławika.

Transformator z piecem kadziowym regulowanym bezpośrednio z trójkątnymi i chłodzonymi wodą przepustami rur w USA

W transformatorach piecowych liczba części aktywnych zależy od rodzaju sterowania. W najprostszym przypadku transformator piecowy ma część aktywną z bezpośrednim sterowaniem po stronie wysokiego napięcia. Innymi słowy, część czynna transformatora piecowego ma, oprócz głównego uzwojenia wysokiego napięcia, uzwojenie sterujące, za pomocą którego można zmiennie regulować niskie napięcie przy stałym wysokim napięciu. Dzieje się tak również w przypadku transformatorów sieciowych, w których podejmowane są kroki w celu utrzymania stałego podnapięcia przy wahaniach wysokiego napięcia. Możliwe zastosowania sterowania bezpośredniego są ograniczone specyfikacją przełączników zaczepów dostępnych na rynku. Transformatory piecowe są często eksploatowane w bardzo dynamicznych środowiskach z asymetrycznymi obciążeniami w pobliżu zwarcia. Przełączniki zaczepów muszą wytrzymać te obciążenia. Na przykład, do bezpośredniego sterowania może być konieczne użycie trzech jednofazowych przełączników krokowych, które mogą być obciążane bardziej indywidualnie niż pojedynczy trójfazowy przełącznik krokowy. Jeśli przełączniki zaczepów nie są już dostępne na rynku dla żądanej mocy transformatora piecowego, stosuje się transformatory doładowania lub transformatory z częściami czynnymi transformatora regulującego, zwykle zaprojektowane jako autotransformatory ( autotransformatory ). W Booster- Transformers znajduje się główny aktywny składnik. Ma uzwojenie górnego i dolnego napięcia. Dodatkowo ta aktywna część posiada uzwojenie sterujące. Istnieje również dodatkowa część aktywna, aktywna część wzmacniacza . Ma tylko jedno uzwojenie wysokiego i jedno uzwojenie niskiego napięcia. Uzwojenie sterujące głównej części czynnej jest połączone z uzwojeniem wysokiego napięcia części czynnej wzmacniacza za pomocą przełącznika krokowego w tak zwanym obwodzie pośrednim i reguluje jego podnapięcie. Uzwojenia niskonapięciowe głównej części czynnej i części czynnej dopalacza są połączone szeregowo w postaci ośmiu ( uzwojenia ośmioczęściowe ). Przełożenie głównej części aktywnej jest stałe. Przypominającą część aktywna działa w tym samym kierunku co główne aktywnej części w celu zwiększenia poziomu napięcia. Działa w przeciwnym kierunku, aby obniżyć podnapięcie. Napięcie w obwodzie pośrednim można w pewnym stopniu dowolnie dobierać w procesie projektowania. Jest to wybrane tak, aby można było użyć pojedynczego trójfazowego przełącznika krokowego. Wariant z aktywną częścią transformatora regulacyjnego prowadzi również do optymalizacji liczby przełączników zaczepów. Z reguły autotransformatory są używane jako transformatory regulacyjne. Posiadają one uzwojenie sterujące, które jest połączone z uzwojeniem wysokiego napięcia części czynnej transformatora pieca poprzez trójfazowy przełącznik stopniowy w obwodzie pośrednim. Również tutaj napięcie obwodu pośredniego można dobrać tak, aby można było zastosować dostępne na rynku trójfazowe przełączniki krokowe.

12-pulsowy obwód mostkowy przekształtnika zasilany z dwóch trójfazowych układów transformatorowych

Liczba aktywnych części przekształtnika w transformatorze przekształtnikowym często zależy od typu podłączonego obwodu przekształtnika . Przetwornice mocy są często projektowane jako systemy o wyższym impulsie . Trójfazowe uzwojenie podnapięciowe transformatora zasila układ przekształtnika 6-pulsowego . Oznacza to, że do zasilania systemu o wyższym impulsie, które pracują z przesunięciem względem siebie, potrzeba kilku systemów trójfazowych ( obracanie ). Środki obrotowe, które układy trójfazowe transformatorów przekształtnikowych może również mieć odchylając oprócz uzwojenia górnego i dolnego napięcia uzwojenia . Najprostszym sposobem obrotu jest zastosowanie różnych połączeń uzwojeń wysokiego napięcia dwóch układów trójfazowych. Pomiędzy dwoma układami trójfazowymi, w których jeden układ jest połączony w gwiazdę, a drugi w trójkąt, występuje obrót o 30° dla układu 12-impulsowego przetwornika. W przypadku mniejszych wahań, tj. w przypadku systemów przetworników o wyższych impulsach, wymagane są również uzwojenia obrotowe. Uzwojenia obrotowe są połączone szeregowo z głównymi uzwojeniami wysokiego napięcia, ale nawinięte na odpowiednią sąsiednią odnogę, co powoduje przesunięcie fazowe. Przy wyższych mocach, a tym samym wyższych prądach, uzwojenia obrotowe znajdują się głównie po stronie wysokiego napięcia. Systemy przekształtników o wyższych impulsach mogą być zasilane przez kilka pojedynczych transformatorów. W zależności od mocy, kilka systemów trójfazowych można nawinąć na jedną aktywną część, aby uzyskać bardziej ekonomiczne rozwiązanie. Na przykład dwa systemy trójfazowe w podwójnym pokładzie mogą być nawinięte na rdzeń, aby zasilić system 12-impulsowy. Na przykład w przypadku systemu 24-pulsowego dwie aktywne części, każda z dwoma systemami trójfazowymi, mogą być umieszczone w jednym transformatorze. W przypadku mniejszych mocy możliwe są również części aktywne z więcej niż dwoma układami trójfazowymi. W najprostszym przypadku do transformatorów przekształtnikowych stosuje się sterowanie bezpośrednie . W przypadku wyższych mocy wyjściowych lub niektórych typów połączeń międzysystemowych regulacja jest zwykle przeprowadzana za pomocą ekonomicznych transformatorów regulacyjnych. Również tutaj można zoptymalizować liczbę przełączników krokowych, dobierając napięcie obwodu pośredniego. Niektóre połączenia w punkcie środkowym konwertera wymagają użycia dławików ssących. Chociaż są one częścią obwodu konwertera, są wbudowane w kadź transformatora jako dodatkowe aktywne części ze względu na lepsze chłodzenie w oleju transformatorowym.

rdzeń
Produkcja rdzenia 3/2

Transformatory mocy mają rdzeń wykonany z laminowanej stali elektrotechnicznej . Warstwowa struktura zmniejsza straty prądów wirowych (straty żelaza). Rozróżnia się transformatory płaszczowe i transformatory rdzeniowe lub terminy w języku angielskim typu powłoki i typu rdzenia . W obu typach uzwojenia mają wspólny rdzeń. W przypadku transformatorów rdzeniowych uzwojenia (również główne) są połączone ze sobą jarzmami. W przypadku transformatorów rdzeniowych z uzwojeniami rozmieszczonymi na kilku piętrach, pomiędzy piętrami mogą znajdować się jarzma pośrednie. Jarzma pośrednie stosuje się, gdy wzajemne połączenia układów uzwojeń, które wywierają wpływ na napięcie, są różne i w związku z tym indukowane są asymetryczne strumienie. Jarzmo pośrednie może być również używane z tymi samymi systemami uzwojenia, jeśli systemy uzwojenia mają być odsprzęgane w określony sposób. Może to być wymagane w zastosowaniach konwerterów mocy. Jeśli uzwojenie i rdzeń są otoczone zewnętrznymi ścieżkami żelaznymi lub jeśli większość miedzi uzwojenia jest otoczona żelazem, określa się je jako transformatory z płaszczem. Zewnętrzne odwinięte nogi nazywane są nogami powrotnymi. W przypadku zastosowania nóg jarzmowych część rzeki przepływa przez nie, co oznacza, że ​​przekrój jarzma można zwymiarować w mniejszym stopniu. Umożliwia to zmniejszenie wysokości rdzenia. Konstrukcja rdzeni jest określona w kodzie składającym się z dwóch liczb. Pierwsza liczba opisuje liczbę rannych nóg, druga liczba nóg powrotnych. Kod 3/0 opisuje na przykład trójnożny rdzeń bez odnogi powrotnej, którego trzy odnogi są nawinięte. Kod 1/2 opisuje na przykład, że rdzeń ma odnogę zwijaną i 2 odnogi powrotne. Straty jałowe są w dużej mierze determinowane przez budowę rdzenia, czyli przede wszystkim przez jego przekrój. Magnetostrykcja prowadzi do powstawania szumów w rdzeniach transformatorów.

  • Zasada działania transformatorów rdzeniowych i płaszczowych (górny lewy: rdzeń 2/0, górny prawy: rdzeń 3/0, dolny lewy: rdzeń 1/2)

  • Rdzeń 3/0 z uzwojeniami na dwóch piętrach

  • Rdzeń 2/0 z pojedynczym uzwojeniem WN i trzema uzwojeniami US na trzech piętrach

  • Prądy wirowe o niewarstwowej i warstwowej (laminowanej) strukturze rdzenia

Uzwojenia

układ

Podstawowy przekrój rdzenia i koncentrycznie ułożonych uzwojeń walcowych transformatora mocy

Uzwojenia transformatora mocy są ułożone koncentrycznie jako uzwojenie cylindryczne lub jako uzwojenie tarczowe jedno nad drugim. Na przykład, jeśli transformator z uzwojeniem cylindrycznym ma trzy układy napięciowe (wysokie napięcie, niskie napięcie, napięcie trzeciorzędowe), trzy uzwojenia (uzwojenie wysokiego napięcia, uzwojenie niskiego napięcia, uzwojenie trzeciorzędne) są rozmieszczone koncentrycznie jedno nad drugim wzdłuż wspólnej nogi rdzenia dla każdej fazy. W przypadku uzwojeń tarczowych uzwojenia układów napięciowych są podzielone na kilka części i zagnieżdżone, czyli ułożone naprzemiennie (np. OS/US/OS/US itp.) jedna nad drugą. W przypadku uzwojeń cylindrów przypisuje się takie aplikacje, jak: B. Transformatory sieciowe, uzwojenia układu napięciowego o niższym napięciu ze względu na korzystniejszą koordynację izolacji na rdzeniu. Ze względu na lepszą dostępność części uzwojenia, które są połączone z przełącznikiem zaczepów, znajdują się zwykle na zewnątrz. W zastosowaniach przemysłowych, takich jak transformatory piecowe i przekształtnikowe, blok uzwojenia wysokiego napięcia jest zwykle umieszczany na rdzeniu, dzięki czemu uzwojenie niskiego napięcia może być umieszczone na zewnątrz. Z jednej strony jest to konieczne, aby móc połączyć masywne przewody uzwojenia z równie masywnym przewodem podnapięciowym. Z drugiej strony ma korzystny wpływ na chłodzenie bloku podnapięciowego. Uzwojenia układów napięciowych mogą również mieć strukturę podwójnie koncentryczną ze względu na symetrię. Oznacza to, że blok uzwojenia niskiego napięcia jest podzielony na dwie części, a blok uzwojenia wysokiego napięcia znajduje się między tymi dwiema częściami. Z tego samego powodu stosuje się również uzwojenia dysku. Dzięki tym zagnieżdżonym systemom uzwojenia można osiągnąć niskie napięcia zwarciowe. W niektórych przypadkach pożądane napięcia zwarciowe można osiągnąć tylko przy układach uzwojeń ułożonych podwójnie koncentrycznie lub zagnieżdżonych w tarczach.

gatunki

Produkcja uzwojenia cewki na poziomej ławie do nawijania

Uzwojenia mogą być zaprojektowane jako uzwojenia warstwowe, w których zwoje uzwojenia są nawinięte na wysokość uzwojenia jak śruba. Kilka warstw może być ułożonych koncentrycznie jedna nad drugą i połączonych szeregowo w celu uzyskania wymaganej liczby zwojów. Napięcie warstwy, które narasta na poszczególnych uzwojeniach, a ich napięcie uzwojenia spada na jednej warstwie. Ponieważ sąsiednie warstwy muszą być izolowane od tego napięcia, uzwojenia warstwowe są najczęściej używane tylko na poziomach niskiego i średniego napięcia, czasami również przy wysokim napięciu. Są one również używane w zastosowaniach wysokoprądowych i są ustawione jako równoległe grupy o tym samym napięciu dla każdej grupy i połączone równolegle z przewodem odprowadzającym. Uzwojenia cewki są używane do wyższych napięć, ale także do zastosowań wysokoprądowych. W przypadku uzwojeń cewek poszczególne cewki są nawijane zwojami jedna na drugiej. Cewki mają taką samą liczbę zwojów, są ułożone jedna nad drugą wzdłuż wysokości uzwojenia i są ze sobą połączone naprzemiennie. Ze względu na mniejszą liczbę zwojów między dyskami występuje mniejsze napięcie niż między dwiema warstwami. W zastosowaniach wysokoprądowych cewki są nawijane osiowo i promieniowo równolegle z wieloma płaskimi drutami.

  • Podstawowy przekrój uzwojenia warstwy

  • Podstawowy przekrój uzwojenia cewki

  • Podstawowy przekrój przekładnika wysokoprądowego z uzwojeniem warstwowym (np. aktywna część przekształtnika bez sterowania)

Materiał uzwojenia

Skręcony przewód z izolacją papierową

Rozróżnia się uzwojenia miedziane i aluminiowe. Dla małych mocy i prądów uzwojenia foliowe są stosowane jako uzwojenia warstwowe do poziomu średniego napięcia . Poszczególne zwoje są nawijane jedna na drugą, dzięki czemu naprężenie warstwy jest niewielkie. W przypadku większych wydajności stosuje się płaskie druty, które można nawijać osiowo i promieniowo równolegle w celu zwiększenia efektywnego przekroju. W przypadku bardzo wysokich wyjść stosuje się wiele małych pojedynczych przewodów izolowanych od siebie, które są łączone w celu utworzenia elastycznego skręconego przewodu, takiego jak pręt Roebla . W ten sposób można realizować bardzo duże przekroje. Tak zwane skręcone przewody drutowe są stabilizowane mechanicznie tylko za pomocą cienkiej sieci. W litym przewodniku pole uzwojenia powoduje dodatkowe straty. W przypadku przewodów skręconych dodatkowe straty są mniejsze ze względu na dużą liczbę pojedynczych przewodów.

izolacja

Preszpan jako materiał izolacyjny na uzwojeniu transformatora mocy

Druty nawojowe owijane są warstwą papieru impregnowanego olejem (papier krepowy ) lub przytrzymywane przez konstrukcje preszpanowe z zachowaniem odstępów między nimi , w zależności od wymagań koordynacji izolacji . Ze względu na katalityczny wpływ miedzi na tworzenie się kwasów i szlamu w oleju izolacyjnym, zwykle stosuje się tylko lakierowane części miedziane. Nawet części miedziane, które są odizolowane na przykład odległością lub papierem, mają warstwę lakieru. Inne materiały izolacyjne i konstrukcje wsporcze w transformatorze energetycznym składają się na przykład z nasączonego olejem preszpanu , twardego papieru lub twardej bibuły . Uzwojenia wysokoprądowe w transformatorach piecowych i przekształtnikowych, w których między poszczególnymi uzwojeniami są tylko niskie napięcia, często mają druty uzwojenia, które są izolowane tylko cienką warstwą lakieru. Te druty nawojowe są oddzielone od siebie za pomocą podkładek. Suplementy mają na celu zapobieganie uszkodzeniom izolacji emalii w wyniku tarcia przewodów o siebie, przez co mogą wystąpić zwarcia . Ponadto przez wkładki tworzone są kanały chłodzące, dzięki czemu gwarantowane jest lepsze chłodzenie. Impregnacja olejowa wymienionych części izolacyjnych transformatorów olejowych ma miejsce dopiero po produkcji, kiedy transformator jest wypełniony olejem. Uzwojenia transformatorów wysokoprądowych, zwłaszcza transformatorów piecowych, są narażone na działanie silnych sił. Wynika to z bardzo dynamicznych procesów zachodzących np . w elektrycznych piecach łukowych . Procesy te prowadzą do asymetrycznych stanów pracy, z których niektóre są bliskie pracy zwarciowej. Dlatego uzwojenia transformatorów przemysłowych muszą być zaprojektowane tak, aby były wyjątkowo wytrzymałe.

Wpływ napięcia uzwojenia na napięcie zwarciowe i straty

Na impedancję zwarcia, a co za tym idzie napięcie zwarcia, wpływa wysokość, szerokość i średnica uzwojeń oraz ich odległość od siebie (np. główny kanał rozpraszający pomiędzy systemami OS i US). Na wysokość, szerokość i średnicę uzwojeń wpływa m.in. przekrój rdzenia, liczba zwojów, które mają być umieszczone, przekroje przewodów uzwojenia, koordynacja izolacji z grubościami i odległościami izolacji, konstrukcja chłodząca z promieniowymi i osiowymi kanałami chłodzącymi oraz konstrukcja dla sił zwarciowych z podkładkami regulacyjnymi i cylindrami podporowymi.

Podane napięcia znamionowe po stronie wysokiego i niskiego napięcia skutkują określoną liczbą zwojów dla układów uzwojeń przy wybranym napięciu uzwojenia. Przekrój rdzenia jest również funkcją napięcia uzwojenia. Zgodnie z głównym równaniem transformatora liczba zwojów maleje wraz ze wzrostem napięcia uzwojenia. Wraz ze wzrostem napięcia uzwojenia zmniejszają się straty zwarciowe, ponieważ liczba zwojów, a tym samym długość przewodów na obwodzie uzwojenia maleje przy tym samym prądzie znamionowym i przekroju przewodu. Wraz z napięciem uzwojenia wzrasta indukcja rdzenia, a tym samym straty jałowe przy stałym przekroju rdzenia .

Wyzwaniem jest znalezienie optymalnego napięcia uzwojenia w celu uzyskania pożądanych danych znamionowych, takich jak napięcie zwarcia lub maksymalny dopuszczalny hałas, przy optymalnym wykorzystaniu materiałów i niskich stratach. Należy przestrzegać ograniczeń produkcyjnych, takich jak minimalna i maksymalna średnica uzwojeń lub ich wymiary, zakładu produkcyjnego. Poziom indukcji wpływa również na szum rdzenia , który staje się silniejszy wraz ze wzrostem indukcji. Hałas jest ważnym kryterium projektowym w odniesieniu do ochrony słuchu dla operatorów systemów lub transformatorów eksploatowanych w pobliżu obszarów zamieszkałych.

Pochodne

Końce uzwojeń wyprowadzone są z uzwojeń po stronie wysokiego i niskiego napięcia i połączone z tzw. przewodem dolnym w celu połączenia (np. w trójkąt lub gwiazdę ). W przypadku transformatorów standardowych rozróżnia się rozładowanie wysokiego i niskiego napięcia oraz rozładowanie kontrolne. Wyładowanie wysokiego lub niskiego napięcia łączy uzwojenia w zależności od pożądanego połączenia ze sobą iz odpowiednimi przepustami. Wyprowadzenie sterowania służy do łączenia stopni zgrubnych i dokładnych z przełącznikiem krokowym lub pozycji przełączania z przełącznikiem. W zależności od różnych rozmiarów konstrukcji elektrycznej transformatora stosowane są różne typy przełączników zaczepów pod obciążeniem i przełączników z opornikami przejściowymi. Tymi zmiennymi są na przykład prąd i napięcie znamionowe, zdolność przełączania lub napięcie krokowe. Może być również konieczne użycie kilku przełączników zaczepów i przełączników zaczepów, jeśli pewne wartości, takie jak prąd znamionowy, są zbyt wysokie. W standardowych transformatorach do rozładowania stosuje się okrągłe miedziane pręty i kable, a dla wyższych prądów stosuje się szyny i rury wykonane z miedzi. W przypadku specjalnych transformatorów wysokoprądowych wyładowanie podnapięciowe realizowane jest za pomocą bardzo solidnych szyn miedzianych lub nawet płyt. Transformatory przekształtnikowe mogą mieć przetworniki rozładowujące po stronie niskiego napięcia do regulacji prądu lub napięcia . W zależności od potrzeb końce uzwojeń łączy się z przewodami za pomocą połączeń zaprasowywanych , skręcanych i lutowanych . Konstrukcje samych miedzianych prętów lub płyt mogą składać się z pojedynczych części, które są łączone przez spawanie .
Przekroje przewodów odprowadzających wpływają na ilość dodatkowych strat, które są dodawane do strat zwarciowych . Wyprowadzenia przyczyniają się do impedancji zwarcia. Szczególnie duży wpływ mają wyładowania z transformatorów wysokoprądowych. Wpływ ten można zminimalizować poprzez odpowiednie poprowadzenie kabli. Możliwe jest ułożenie przewodów w taki sposób, aby pola części przewodzących prąd poszczególnych faz lub przewodu do przodu i powrotnego kompensowały się wzajemnie, co pomaga zminimalizować dodatkową impedancję. Po wyprodukowaniu aktywnej części jest ona suszona w piecu, a następnie umieszczana w czajniku. W zależności od zastosowanej technologii wytwarzania, pokrywa pojemnika może być już połączona z częścią aktywną lub część aktywna jest oddzielona od pokrywy i pokrywa jest umieszczana na pojemniku po włożeniu części aktywnej.

  • Aktywna część jest podłączona do przełącznika zaczepów za pomocą wyprowadzania reguły podczas produkcji

  • Wyprowadzenie sterowania za pomocą trzech jednofazowych przełączników krokowych

  • Strona niskiego napięcia części aktywnej transformatora pieca łukowego do użytku w obwodzie otwartym open

Kocioł i osprzęt

Szafka napędu silnika do przełącznika zaczepów

Kocioł, zwany również zbiornikiem, jest konstrukcją stalową, która zawiera część aktywną i jest zamknięta pokrywą. Pola magnetyczne uzwojeń i wyprowadzeń powodują straty prądów wirowych w częściach stalowych. Aby to ograniczyć i zapobiec nagrzewaniu się części stalowych, można osłonić części stalowe przed polami magnetycznymi blachami aluminiowymi lub elektrycznymi. Istnieje również wiele elementów dodatkowych, takich jak rury zbiornika wyrównawczego czy kopuły przepustów. Na koniec czajnik jest napełniany olejem pod próżnią . Olej transformatorowy , z którym transformator jest wypełniony jest zwykle olej mineralny , ale czasami oleje roślinne i syntetyczne organiczne estry są również stosowane. Na kotle mogą znajdować się szafy sterownicze technologii wtórnej transformatora oraz napędu silnikowego (silników) przełączników i przekształtników. Technologia wtórna obejmuje siłowniki (np. pompy lub wentylatory układu chłodzenia, zdalnie sterowane zasuwy) i czujniki (np. pomiar temperatury i ciśnienia oleju) oraz jednostki kontrolno-regulacyjne (np. PLC , VPS do sterowania lub regulacji układu chłodzenia) transformator.

  • Transformator maszynowy ze zbiornikiem odpowiedni do profili kolejowych i osprzętu (element środkowy mostu) do transportu w wózku Schnabel

  • Transformator z kotłem ściennym falistym

  • Transformator z kotłem przystosowany do profili kolejowych i skrzynek przyłączeniowych kabli

Tuleje

Na pokrywie lub po bokach odpływy wyprowadzone są z kotła za pomocą tulejek . Konstrukcja przepustów zależy od napięcia znamionowego i związanych z nim poziomów napięcia probierczego oraz prądu znamionowego. Konstrukcja izolatorów przepustowych jest uzależniona od wpływających na nie poziomów napięć . Wraz ze wzrostem napięcia znamionowego zwiększa się długość przepustów, aby zapewnić odległość do sąsiednich przewodów zewnętrznych i części uziemionych. Wymagane minimalne odległości do sąsiednich przewodów zewnętrznych i części uziemionych są określone na przykład w normie DIN EN 60076-3. Oprócz izolatora przepusty mają przewody lub śruby przewodzące prąd. Ich wymiarowanie zależy od prądu znamionowego przepustu i związanej z nim maksymalnej dopuszczalnej gęstości prądu w przewodzie. Przepusty wysokoprądowe do transformatorów piecowych, które są zwymiarowane dla kilku kA i niskich napięć, są zaprojektowane jako miecze miedziane. W przypadku szczególnie dużych obciążeń prądowych stosuje się przepusty rurowe chłodzone wodą.

  • Schematyczne przedstawienie przepustu 52 kV

  • Poszczególne części tulei DIN (w tym izolator porcelanowy i miedziana śruba ze złączem)

  • Montaż izolatora przepustowego 400 kV

  • Przepusty niskiego i średniego napięcia

System chłodzenia

Systemy chłodzenia są wymagane do rozpraszania strat mocy. Rozróżnia się różne warianty chłodzenia i tryby pracy . Olej przepływa swobodnie lub wtłaczany przez pompy do układu chłodzenia, w którym ciepło oddawane jest do otoczenia. Stosowane są np. systemy chłodzenia ONAN, w których olej wpływa do grzejników, a ciepło oddawane jest do otoczenia poprzez swobodną (naturalną) konwekcję . Wydajność chłodzenia układu chłodzenia chłodnicy można poprawić, stosując wentylatory do rozpraszania ciepła (ONAF). Wydajność chłodzenia można dodatkowo zwiększyć, dodając pompy olejowe w celu wymuszenia przepływu oleju (OFAF). Aby móc rozproszyć jeszcze większe straty mocy, zamiast grzejników stosuje się systemy chłodzenia wodą. Na przykład do transformatorów piecowych (OFWF / ODWF) stosuje się układy chłodzenia z pompami olejowymi i wymiennikami ciepła chłodzonymi wodą . System chłodzenia znajduje się na kotle lub jest ustawiony oddzielnie. Energia elektryczna dostarczana do pomp lub wentylatorów stanowi część własnego zużycia energii elektrycznej systemu. Litera O oznacza użycie oleju mineralnego . K zamiast O wskazuje, że olej niemineralny, taki jak B. stosowany jest olej silikonowy , ester naturalny lub syntetyczny .

  • Chłodnice i wentylatory układu chłodzenia ONAN / ONAF, instalowane oddzielnie w akumulatorze chłodnicy

  • Transformator z wymiennikami ciepła olej/powietrze i wentylatorami (OFAF lub ODAF)

  • Transformator z przypuszczalnie wymuszonym lub ukierunkowanym chłodzeniem oleju estrowego, chłodnicami i wentylatorami (KFAF lub KDAF)

Transformatory suche

Model przekrojowy transformatora suchego, używanego jako transformator rozdzielczy; na pierwszym planie połączenia wysokiego napięcia

Transformatory suche są stosowane tam, gdzie nie można zastosować transformatorów olejowych lub mogą być używane tylko przy złożonych środkach bezpieczeństwa ze względu na obciążenie ogniowe i zanieczyszczenie wody związane z olejem . Podobnie jak olejowe transformatory mocy, transformatory suche mają rdzeń wykonany z laminowanej stali elektrotechnicznej. Uzwojenia są zaprojektowane jako uzwojenia drutowe lub taśmowe z solidnymi, suchymi materiałami izolacyjnymi. Często uzwojenia, zwłaszcza strona wysokiego napięcia, wlewa się do żywicy odlewniczej (żywica lana). Ponieważ transformatory żywiczne są mniej zdolne do rozpraszania strat ciepła, są one ograniczone do mocy wyjściowych do 40 MVA; większe jednostki są wyposażone w dodatkowe wentylatory. Stosowane są w obszarze sieci średniego napięcia , głównie jako transformatory rozdzielcze do zasilania sieci niskiego napięcia dużych kompleksów budynków oraz w elektrowniach przemysłowych i wiatrowych .

egzaminy

Zgodnie z obowiązującymi normami transformatory mocy muszą być testowane po wyprodukowaniu. Zakłady produkcyjne mają zwykle własne pole testowe. Skrót FAT od angielskiego Factory Acceptance Test jest również powszechny w krajach niemieckojęzycznych dla tego fabrycznego testu akceptacji . Obowiązujące normy mogą między innymi określać, w jakim stanie iw jakim zakresie mają być testowane różne typy transformatorów. Na przykład w normie DIN EN 60076-1 rozróżnia się testy rutynowe, testy typu i testy specjalne. Stan transformatora podczas próby i jego zakres można co do zasady uzgodnić między dostawcą a klientem, odbiegając od normy. W ten sposób można uzgodnić specjalne testy, które wykraczają poza wymagania normy. Zgodnie z normą DIN EN 60076-1 transformator musi być np. w pełni wyposażony do testowania. Jeśli nie jest to możliwe, na przykład z powodu braku miejsca na polu testowym, można uzgodnić montaż częściowy. Kolejność testów nie jest nakazana i może być dowolnie wybrana lub dowolnie uzgodniona.

Gwarantowane wartości

Transformator sieciowy w polu testowym; po prawej w tle generator Marksa do generowania wysokich napięć testowych

Podczas badań sprawdzana jest zgodność z wcześniej ustalonymi wartościami gwarancyjnymi, takimi jak straty zwarciowe i jałowe, napięcie zwarcia czy poziom dźwięku. Normy jako wytyczne czysto techniczne dopuszczają tolerancje techniczne dla wartości gwarantowanych. Wartości strat mogą być przekroczone o określoną wartość lub napięcie zwarcia może odbiegać dodatnio lub ujemnie. Umowy handlowe mogą być zawierane, aby uniemożliwić producentom celowe liczenie tolerancji, tj. celowe przekraczanie lub nie spełnianie gwarantowanych wartości, na przykład w celu zaoszczędzenia materiału. . Przyjęło się uzgadniać kary w przypadku przekroczenia wartości strat. W ten sam sposób można jednak uzgodnić premię, jeśli wartości strat nie zostaną osiągnięte. W przypadku przekroczenia lub nieosiągnięcia tolerancji technicznych producent ma prawo do wprowadzania ulepszeń. Dotyczy to również niezaliczenia innych egzaminów. W przypadku dalszego niespełnienia Klient ma prawo do odrzucenia. Wszelkie dodatkowe roszczenia z tytułu odpowiedzialności klienta są w dużej mierze uzależnione od treści umowy i obowiązującego prawa.

Testy rutynowe

Rutynowe testy dla wszystkich transformatorów

Dla każdego wyprodukowanego transformatora mocy należy przeprowadzić rutynowe testy. Wykonuje się pomiary rezystancji uzwojeń , przesunięcia i położenia fazowego, impedancji zwarcia i strat zwarciowych, strat jałowych i prądu jałowego. Ponadto zalecane są testy napięciowe , które są opisane w DIN EN 60076 w oddzielnej części (DIN EN 60076-3). Jeśli dostępne są przełączniki krokowe, muszą być zainstalowane na transformatorze i, zgodnie z normą, procesy operacyjne muszą być wykonywane z nimi bez błędów. Na transformatorach wypełnionych cieczą przeprowadza się próbę szczelności i próbę ciśnieniową. W przypadku przetworników wbudowanych sprawdzane są przełożenia i polaryzacja.

Dodatkowe rutynowe testy

Transformator przesuwny fazowy 400 MVA w polu testowym

Dodatkowe rutynowe testy są przeprowadzane na transformatorach o napięciu znamionowym większym lub równym 72,5 kV. Testy te można jednak uzgodnić również dla transformatorów o niższym napięciu. Pojemności i rezystancja prądu stałego uzwojenia względem ziemi i między uzwojeniami są określane lub mierzone. W celu zarejestrowania stanu systemu izolacji mierzony jest współczynnik strat (tan  ) pojemności systemu. Należy tutaj zauważyć, że prawie żadna norma nie określa wartości orientacyjnych dla współczynnika strat. Są producenci systemów testowych, którzy podają zalecenia dotyczące wartości referencyjnych do oceny. Wartości te zwykle odnoszą się do standardowych transformatorów sieciowych i rozdzielczych. W przypadku transformatorów przemysłowych i specjalnych, które mają złożone układy uzwojenia, wyładowania i przepustów lub kilka części aktywnych, zastosowanie ogólnie podanych wartości orientacyjnych jest wątpliwe. Gazy rozpuszczone w cieczy dielektrycznej są również mierzone w każdej indywidualnej i oddzielnej przestrzeni cieczy. Nie obejmuje to przedziału przełącznika z opornikami przejściowymi przełącznika zaczepów. Ponadto straty bez obciążenia i prąd bez obciążenia są mierzone przy różnych natężeniach pola w rdzeniu, tj. przy różnych napięciach. Niektóre normy określają tutaj co najmniej 90% i 110% napięcia znamionowego.

Badania typu

Testy typu służą do weryfikacji i walidacji projektu transformatora. Z tego powodu te testy są wymagane tylko dla serii w jednym kawałku. Jeśli nie ma serii, a tylko prototyp, należy to sprawdzić. Należy przeprowadzić pomiar wzrostu temperatury. W zdecydowanej większości przypadków fabryczne pola testowe nie mają podłączonego obciążenia, aby przetestować transformator mocy w trybie znamionowym. Dlatego są zwierane i testowane na prądy znamionowe lub prądy uzgodnione z klientem. Mierzy się lub określa pośrednio między innymi temperatury cieczy, temperatury uzwojeń i ich gorące punkty. O ile nie uzgodniono inaczej, niektóre testy napięcia są przeprowadzane tylko jako testy typu. Próba napięcia udarem piorunowym już podczas testu obciąża układ izolacyjny i może go osłabiać. Gwarantowane wartości można uzgodnić dla różnych poziomów dźwięku, na przykład dla różnych typów chłodzenia i są one sprawdzane. Poziomy dźwięku są określane jako moc akustyczna lub ciśnienie akustyczne w odniesieniu do odległości. Badania typu obejmują również pomiar strat bez obciążenia i prądu jałowego przy różnych napięciach, co nie jest objęte rutynowymi badaniami transformatorów o napięciu znamionowym mniejszym niż 72,5 kV. Mierzona jest również moc pobierana przez wentylatory i pompy cieczy. W przypadku transformatorów, które podlegają dyrektywie w sprawie ekoprojektu (Rozporządzenie (UE) nr 548/2014 Komisji Europejskiej z dnia 21 maja 2014 r.), oceniane jest również wewnętrzne zużycie energii elektrycznej, które jest tam istotne do akceptacji.

Testy specjalne

Autotransformator 750 MVA w polu testowym

Testy specjalne to z jednej strony testy, które mogą być specjalnie uzgodnione. Z drugiej strony istnieją testy rutynowe i typu, które mogą nie być wymagane dla określonego typu transformatora i które mogą być również uzgodnione jako testy specjalne. Istnieje możliwość uzgodnienia specjalnych testów dielektrycznych. Można zmierzyć nadmiar temperatury uzwojenia, co wymaga pomiaru ciepła i metody pomiaru do bezpośredniego rejestrowania mierzonych wartości. Specjalnym badaniom podlega również określenie pojemności uzwojeń do ziemi i między uzwojeniami oraz pomiar współczynnika stratności (tan ) pojemności układu izolacyjnego. Można uzgodnić określenie zachowania transmisyjnego napięć przejściowych, pomiar impedancji zerowej (impedancji) transformatorów trójfazowych oraz pomiar rezystancji izolacji DC uzwojeń do ziemi i między uzwojeniami. Specjalnym testem jest test wytrzymałości zwarciowej transformatora.W tym teście transformator jest zwarty, a zwarcie jest zasilane przez sieć, która może zapewnić rzeczywistą lub uzgodnioną moc zwarciową. Ten test kładzie duży nacisk na systemy uzwojenia. Często zdarza się, że klient wybiera transformator z serii specjalnie do tego testu, a następnie nie używa go lub zachowuje jako rezerwę. Testem, który często określa się mianem „odcisku palca” transformatora, którego procedurę musi uzgodnić producent i klient, jest pomiar odpowiedzi częstotliwościowej. Skrót FRA dla angielskiej analizy odpowiedzi częstotliwościowej jest również używany w świecie niemieckojęzycznym . Pomiar gazu rozpuszczonego w cieczy dielektrycznej może być uzgadniany kilkakrotnie w różnych momentach podczas FAT. Na przykład pomiar rozpuszczonych gazów można przeprowadzić przed i po pomiarze ciepła. Można zorganizować serię prób próżniowych lub nadciśnieniowych transformatora wypełnionego cieczą, badanie powłoki zewnętrznej oraz próbę mechaniczną lub ocenę kotła pod kątem możliwości transportu. Można uzgodnić wyznaczenie masy transportowej lub pomiar masy transportowej dla transformatorów o małej mocy znamionowej.

typ etykiety

Tabliczka znamionowa transformatora mocy 110 kV / 40 MVA (Lepper Dominit, rok produkcji 1978)

Tabliczka znamionowa transformatora mocy zawiera informacje niezbędne do transportu, eksploatacji i konserwacji:

  • Moc znamionowa : maksymalna moc ciągła, dla której transformator jest zaprojektowany elektrycznie i mechanicznie i która nie prowadzi do przedwczesnego starzenia lub uszkodzenia; określona jako moc pozorna w jednostce VA
  • Napięcie zwarcia : Napięcie po stronie wysokiego napięcia, które jest niezbędne, aby prąd znamionowy płynął po zwartej stronie niskiego napięcia; podane w procentach napięcia znamionowego
  • Napięcie znamionowe : Poziom napięcia RMS po stronie wysokiego / niskiego napięcia i, jeśli ma to zastosowanie, systemów trzeciorzędnych, zgodnie z którym koordynacja izolacji jest przeprowadzana w projekcie elektrycznym
  • Częstotliwość znamionowa
  • Poziom izolacji: wartości skuteczne poziomów napięć, które zostały użyte do koordynacji izolacji w zależności od napięcia znamionowego
  • Prąd znamionowy : wartości skuteczne prądów, dla których wszystkie przekroje elementów przewodzących prąd, takie jak B. zaprojektowano przewody uzwojenia, przewody, styki elektryczne lub tuleje
  • maksymalny czas trwania zwarcia : podany w sekundach
  • Rok budowy
  • Grupa wektorów : wskazuje sprzężenie w odniesieniu do obrazu wektorowego z przesunięciem fazowym wysokiego i niskiego napięcia
  • Rodzaj chłodzenia : przy chłodzeniu wodą określony jest wymagany przepływ wody chłodzącej
  • Moc akustyczna lub ciśnienie akustyczne: emisja dźwięku podczas pracy
  • Płyn izolacyjny do transformatorów olejowych
  • Dane transformatora: Informacje o rodzaju przekładnika prądowego i, jeśli ma to zastosowanie, jego przełożeniach
  • waga całkowita
  • Masa oleju

transport

Transformatory mocy, w zależności od ich mocy i typu, mają masę od kilkudziesięciu ton do kilkuset ton i związane z nimi wymiary. Możliwość transportu w obszarach produkcyjnych zakładu transformatorowego oraz na dostępnych trasach transportowych jest czynnikiem ograniczającym maksymalne rozmiary transformatorów mocy. Często konieczny jest transport ciężkim ładunkiem , nietypowe przesyłki koleją lub transport wodny.

Zarządzanie operacyjne, monitorowanie i konserwacja

Kierownictwo operacyjne

Transformatory mocy podlegają różnym obciążeniom w zależności od ich typu, zastosowania i zarządzania operacyjnego. Istnieją zastosowania, w których transformator pracuje znacznie poniżej swojej znamionowej mocy wyjściowej. Na przykład niektóre transformatory sieciowe pracują równolegle z innymi transformatorami, a rezerwy mocy są utrzymywane, dlatego pojedynczy transformator rzadko jest w pełni wykorzystywany. Inne zastosowania wymagają, aby transformator prawie zawsze pracował pod pełnym obciążeniem. Przykładem tego są zastosowania przemysłowe, w których zdolność produkcyjna zależy od wydajności transformatora. Ponadto odpowiednie normy, takie jak DIN IEC (nie EN) 60076-7, określają, że transformatory muszą być odporne na przeciążenia w określonych warunkach, dlatego też możliwa jest praca przy przeciążeniu. Starzenie się transformatora zależy od zarządzania operacyjnego i związanego z nim obciążenia. Między innymi system izolacji uzwojeń starzeje się z powodu naprężeń termicznych. Im wyższe obciążenie elektryczne, tym wyższe obciążenie cieplne i szybsze starzenie się transformatora. Konsekwencją izolacji uzwojenia pod koniec jej żywotności jest uszkodzenie, a tym samym koniec żywotności transformatora. Ponadto za starzenie się transformatora odpowiedzialne są wpływy zewnętrzne. Istnieją zastosowania, w których transformatory nie są narażone na żadne lub bardzo niewielkie warunki środowiskowe. Transformatory mogą być umieszczone w budynkach lub częściowo zabudowane. Inne transformatory muszą być w stanie wytrzymać ekstremalne warunki środowiskowe. Transformatory na platformach morskich lub w zakładach przemysłowych mogą być narażone na silnie korozyjne środowisko. Inne transformatory muszą wytrzymać ekstremalne zimno lub ciepło lub są zanurzone w oceanie, tworząc sieci elektryczne.

Błędy i ich konsekwencje

Rozkład prawdopodobieństwa awarii transformatora odpowiada typowej krzywej wannowej . Na początku transformatory zawodzą głównie z powodu błędów projektowych lub produkcyjnych. Możliwy jest również błąd w koncepcji zarządzania operacyjnego. Po zakończeniu tej fazy następuje okres czasu, w którym transformator zwykle wykonuje swoją pracę dyskretnie. Operator nie może zapobiec starzeniu się swoich transformatorów, ale może wpływać na nie poprzez sposób ich obsługi. Transformator sieciowy pracujący pod częściowym obciążeniem może pracować dyskretnie przez kilkadziesiąt lat. Transformator piecowy w pełnym lub częściowym przeciążeniu może wykazywać nieprawidłowości już po kilku latach.

Jak już wspomniano na początku, obciążenie cieplne jest silnym kryterium trwałości systemu izolacyjnego, a tym samym transformatora. IEC (nie EN) 60076-7 opisuje względne zużycie eksploatacyjne i żywotność izolacji transformatora oraz ilustruje silny związek między obciążeniem cieplnym a przewidywaną żywotnością transformatora.

Pożar transformatora z całkowitą utratą i uszkodzeniem sąsiednich elementów systemu

Powszechnymi błędami w obszarze rdzenia są odkształcenia mechaniczne, otwarte uziemienie rdzenia i zwarte arkusze rdzenia. W przypadku uzwojeń występują zwarcia międzyzwojowe i uzwojenia , zwarcia poszczególnych przewodów w skręconych przewodach, zwarcia doziemne, odkształcenia mechaniczne, problemy ze stykami i otwarte połączenia. Izolacja stała i ciecz izolacyjna mogą zawierać nadmiernie wysoką wilgotność. Ciecz izolacyjna może być również zanieczyszczona. Wyładowania niezupełne mogą wynikać z uszkodzeń w systemie izolacyjnym. Na przełącznikach zaczepów i w prowadzeniu kabli mogą wystąpić problemy ze stykami. Przekładniki prądowe mogą mieć zwarcia uzwojeń. Systemy izolacyjne przepustów mogą być wadliwe.

Błędy mogą prowadzić do zmniejszenia bezpieczeństwa operacyjnego i ograniczać zarządzanie operacyjne. Może to spowodować zagrożenie życia i zdrowia oraz mienia. W obszarze sieci poszczególne sieci mogą zawieść. W sektorze przemysłowym wysokie straty produkcyjne mogą wystąpić, jeśli trzeba zainstalować transformator zastępczy lub zakupić nowy transformator.

monitorowanie

Przekaźnik Buchholza

Transformatory mocy są zatem stale monitorowane za pomocą rozbudowanych urządzeń zabezpieczających. Na przykład stosowane są przekaźniki Buchholza , zabezpieczenia różnicowe , monitorowanie ciśnienia w skrzynkach przyłączeniowych i kotłach kablowych, monitorowanie poziomu oleju i stały monitoring gazu w cieczy izolacyjnej.

Procedury diagnostyczne transformatorów

Schematyczne przedstawienie systemu monitoringu online

Zasadniczo istnieją dwa sposoby wykrycia możliwego uszkodzenia transformatora mocy: Z jednej strony można pobrać próbkę oleju transformatorowego, a następnie zbadać ją metodami chemicznymi i fizycznymi. Z drugiej strony można zmierzyć właściwości elektryczne transformatora. W przypadku transformatorów energetycznych, oprócz analizy oleju, która ze względu na swoją złożoność (usuwanie oleju na miejscu, transport, analiza chemiczna w laboratorium) może rejestrować tylko kilka pojedynczych punktów w czasie, monitoring transformatorów staje się coraz bardziej bardziej popularne . Automatycznie wyznaczalne zmienne są stale rejestrowane, rejestrowane i natychmiast przesyłane do operatora i/lub producenta. Operator może wówczas przeprowadzić lub zaplanować konserwację na podstawie automatycznie określonych danych.

Analiza oleju

Z badania oleju transformatorowego można wyciągnąć różne wnioski dotyczące stopnia starzenia i możliwych zagrożeń podczas eksploatacji, a także niezbędnych środków konserwacyjnych (takich jak suszenie oleju). Analiza oleju transformatorowego odbywa się zwykle w trzech odrębnych procesach. Oprócz badania chemicznego ciekłych składników oleju (CHEM), przeprowadza się badanie gazów rozpuszczonych w oleju (DGA), a w szczególności poszukuje się furanów, które mogły powstać w wyniku rozkładu oleju (FUTRO).

Na samym oleju m.in. kolor, do klasyfikacji jest wskaźnik barwy od „0” (bezbarwny, nowy) do „6” (ciemnobrązowy), napięcie przebicia, zawartość wody (określona np. przez Karla). Interesujące są miareczkowanie Fischera ) i nasycenie wodą od suchego (z <6 ppm wody w oleju) do ekstremalnie wilgotnego (>30 ppm wody w oleju) oraz liczba zobojętnienia lub zawartość kwasu. Ten ostatni dostarcza informacji o starzejących się produktach w transformatorze, na przykład z powodu rozpadu celulozy z warstwy izolacji uzwojeń. Analiza chemiczna określa również czystość oleju, liczbę zmydlania , współczynnik stratności przy 50 Hz, gęstość przy 20°C, współczynnik załamania światła , napięcie międzyfazowe, zawartość cząstek i inhibitora.

Wnioski dotyczące wcześniejszych wyładowań i przegrzania w transformatorze można wyciągnąć z analizy gazów rozpuszczonych w oleju (Dissolved Gas Analysis DGA), ponieważ produkty reakcji występowały jako gazy. W tym badaniu zwykle określa się zawartość gazów: wodoru, metanu, etanu, etylenu, acetylenu, propanu, propylenu, tlenku węgla, dwutlenku węgla, tlenu i azotu.

Analiza furanu zwykle wyszukuje 5-hydroksymetylo-2-furfural (5-HMF), alkohol 2-furfurylowy (2-FOL), 2-furfural (2-FAL), 2-acetylofuran (2-ACF) i 5-metylo Poszukiwany -2-furfural (5-MEF). Ponieważ są to produkty rozkładu izolacji papierowej, na podstawie ilości furfuroli można wnioskować o stanie izolacji papierowej.

Oprócz klasycznej analizy chemicznej oleju za pomocą spektroskopii dielektrycznej można również wyciągnąć wnioski dotyczące właściwości materiałów izolacyjnych (olej, papier, preszpan) transformatora. Szczególnie interesujące są przewodność oleju (wytrzymałość dielektryczna) oraz zawartość wilgoci w oleju i papierze lub preszpanu.

Procedury elektryczne

Dalsze podejścia diagnostyczne obejmują badania elektryczne. W tym miejscu należy wspomnieć o pomiarze rezystancji statycznej styków przełącznika obciążenia i uzwojeń oraz pomiarze pojemności poprzez wyznaczenie współczynnika rozproszenia i przewodności przy określonych częstotliwościach. Na tej podstawie w przepustach można określić częściowe awarie, a także wtrącenia oleju, pęknięcia i zmiany geometrii od uzwojenia do uzwojenia lub do kadzi transformatora. Ponadto funkcję transmisyjną transformatora można również określić za pomocą analizy sygnału (Frequency Response Analysis FRA), która dostarcza również informacji o zmianach geometrii instalacji transformatorowych.

konserwacja

Kontrola zaworu nadmiarowego ciśnienia

Zgodnie z odpowiednimi normami i przepisami wymagane są przeglądy i konserwacja instalacji elektrycznych. Przykładami norm i przepisów tego typu są BGV A1 i BGV A3 oraz DIN 57 105-1 i VDE 0105-1. Minimalny nakład prac konserwacyjnych transformatorów mocy określa producent, który określa częstotliwość konserwacji poszczególnych elementów transformatora.

Przełączniki krokowe są wrażliwym, indywidualnym elementem transformatora. Dla nich okresy konserwacji są podawane przez ich producentów po określonych okresach eksploatacji lub cykli łączeniowych. W celu przeprowadzenia przeglądu przełącznika zaczepów transformator musi być odłączony od sieci. W związku z tym wskazana jest jednoczesna rewizja w związku z inspekcją.

Naprawy i modernizacje

Opcje naprawy są oferowane przez samego producenta, ale także niezależne od producenta. Oferty dotyczą wszystkich elementów transformatora. Oferujemy naprawy zewnętrzne, takie jak uszczelnienie w przypadku nieszczelności kotła, regeneracja zabezpieczenia antykorozyjnego lub wymiana akcesoriów. Istnieje jednak również pole do prac przy podzespołach wewnętrznych, takich jak konserwacja przełączników zaczepów lub uzdatnianie oleju. Ponadto oferowane są rozszerzenia technologii wtórnej. Można doposażyć systemy monitorowania lub systemy stałego odgazowania.

Działania modernizacyjne, tj. regeneracja elementów transformatora, mogą zwiększyć żywotność transformatora. Ze względów ekonomicznych podejmowane są próby ponownego wykorzystania wielu elementów transformatora. Na przykład, możliwa jest regeneracja rdzenia i kadzi transformatora i tylko regeneracja uzwojeń. Takie podejście ma sens ekonomiczny, jeśli na przykład środek powoduje koszty, które są znacznie poniżej nowej ceny transformatora o tych samych danych znamionowych i osiąga się znaczne wydłużenie okresu użytkowania.

Połączenie równoległe

Transformator sprzęgający do sieci między poziomem 220 kV a 110 kV

Czasami zamiast jednego dużego transformatora mocy, dwa lub więcej mniejszych łączy się równolegle, np. B. jeśli pojedynczy duży transformator byłby zbyt trudny do przetransportowania na miejsce instalacji lub można zastosować rozmiary standardowe zamiast rozmiaru specjalnego. Często decydujące znaczenie mają również względy bezpieczeństwa w przypadku awarii. Jeśli jeden z dwóch transformatorów ulegnie awarii, podłączona linia może nadal działać co najmniej ze zmniejszoną mocą. Jeśli i tak w określonych momentach potrzebna jest tylko niewielka ilość mocy, jeden z dwóch transformatorów można całkowicie wyłączyć, eliminując jego straty na zużycie wewnętrzne (cyrkulacja oleju, wentylatory chłodzące). Dodatkowo, w przypadku późniejszej rozbudowy zdolności przesyłowych w celu zabezpieczenia poczynionych wcześniej inwestycji, sensowne może być nie wymienianie wcześniej używanego transformatora, a jedynie dodanie kolejnego.

Transformatory mocy można łączyć równolegle tylko wtedy, gdy napięcia po stronie wysokiego i niskiego napięcia oraz grupy wektorów są zgodne. W przeciwnym razie pomiędzy transformatorami przepływałyby wysokie prądy wyrównawcze, które mogłyby je uszkodzić. Moce znamionowe transformatorów nie powinny różnić się od siebie więcej niż trzykrotnie. Jeśli te warunki są spełnione, napięcie zwarcia również musi w przybliżeniu odpowiadać. Napięcie zwarcia wskazuje, przy jakim napięciu po stronie pierwotnej płynie prąd znamionowy po zwartej stronie wtórnej. Jest to miara zmian napięcia wtórnego pod obciążeniem. Jeżeli dwa transformatory o różnych napięciach zwarcia zostaną połączone razem, to ten o niższym napięciu zwarcia jest przeciążany w określonych stanach pracy.

Przykładowe obliczenia dla napięcia zwarcia

Należy przesłać 900 kVA. Istnieje transformator 400 kVA o względnym napięciu zwarcia 8% i transformator 600 kVA o względnym napięciu zwarcia 6%. Jak faktycznie dzieli się moc między dwa transformatory?

Przy całkowitej mocy wyjściowej 900 kVA drugi transformator jest już używany do swojej mocy znamionowej. Jeśli wymagana całkowita moc zostanie zwiększona dalej, na przykład do sumy arytmetycznej 1 MVA, transformator 2 zostanie obciążony 667 kVA, czyli wyraźnie przeciążony, podczas gdy transformator 1 zostanie obciążony tylko 333 kVA.

Obowiązujące normy i przepisy

Istnieją różne normy i przepisy dotyczące transformatorów mocy. W Niemczech i Europie transformatory mocy są generalnie projektowane i eksploatowane zgodnie z EN lub IEC 60076, w USA na przykład zgodnie z IEEE C57.12, w Kanadzie zgodnie z CAN / CSA-C88-M90. Istnieje również wiele innych norm i przepisów dotyczących zastosowań specjalnych, takich jak transformatory przekształtnikowe mocy.

Przykłady to:

  • DIN EN 60076-1 – Transformatory mocy Część 1: Ogólne
  • DIN EN 60076-2 – Transformatory mocy Część 2: Nadmierne temperatury dla transformatorów wypełnionych cieczą
  • DIN EN 60076-3 – Transformatory mocy Część 3: Poziom izolacji, próby napięciowe i zewnętrzne odstępy w powietrzu
  • DIN EN 60076-4 – Transformatory mocy Część 4: Wytyczne dotyczące testowania odgromowego i łączeniowego napięcia udarowego transformatorów mocy i dławików
  • DIN EN 60076-5 – Transformatory mocy Część 5: Wytrzymałość zwarciowa
  • DIN EN 60076-6 – Transformatory mocy Część 6: Reaktory
  • DIN IEC 60076-7 – Transformatory mocy Część 7: Wytyczne dotyczące ładowania olejowych transformatorów mocy
  • IEC 60076-8 — Transformatory mocy Część 8: Przewodnik zastosowań Application
  • DIN EN 60076-10 – Transformatory mocy Część 10: Wyznaczanie poziomu hałasu
  • DIN EN 60076-11 – Transformatory mocy Część 11: Transformatory suche
  • DIN EN 60076-12 – Transformatory mocy Część 12: Wytyczne dotyczące ładowania transformatorów suchych
  • DIN EN 60076-13 – Transformatory mocy Część 13: Samozabezpieczające transformatory wypełnione cieczą
  • DIN EN 60076-14 – Transformatory mocy Część 14: Projektowanie i zastosowanie wypełnionych cieczą transformatorów mocy z wysokotemperaturowymi materiałami izolacyjnymi
  • DIN EN 60076-15 – Transformatory mocy Część 15: Transformatory mocy gazowe (jeszcze w fazie projektowania)
  • DIN EN 61378-1 - Transformatory przekształtnikowe - Część 1: Transformatory do zastosowań przemysłowych
  • C57.12.00 — Ogólne wymagania normy IEEE dla zanurzonych w cieczy transformatorów rozdzielczych, zasilających i regulacyjnych
  • CAN / CSA-C88-M90 - Transformatory mocy i reaktory - Systemy i urządzenia elektroenergetyczne

Uwagi

  1. ↑ W maszynach elektrycznych część aktywna to ta część maszyny, w której zachodzą procesy magnetyczne i elektryczne ważne dla konwersji energii. (Źródło: Hans-Otto Seinsch: Podstawy maszyn elektrycznych i napędów. )

literatura

  • Andreas Küchler: Technologia wysokiego napięcia . Wydanie II. Springer, 2005, ISBN 3-540-21411-9 .
  • E. Arnold, JL la Cour: Technologia prądu przemiennego . Tom drugi Transformatory. Wydanie II. 1923.
  • Rodulf Küchler: Transformatory. Podstawy ich obliczania i budowy. Wydanie II. 1966.

Indywidualne dowody

  1. ↑ a b Andreas Küchler: Technologia wysokiego napięcia. Wydanie II, Springer 2005.
  2. ↑ elektryczny piec łukowy Transformatory ( pamiątka z oryginałem od 20 marca 2013 roku w Internet Archive ) Info: archiwum Link został wstawiony automatycznie i nie została jeszcze sprawdzona. Sprawdź link do oryginału i archiwum zgodnie z instrukcjami, a następnie usuń to powiadomienie. (PDF; 1,3 MB), opis techniczny Tamini Group, zlecono 21.01.2012, pol. @1@2Szablon: Webachiv / IABot / www.tamini.com
  3. ↑ Alstom (red.): Elektryczne piece łukowe Transformatory mocy do 360 MVA . Św. 1-4 ( PDF ). PDF ( pamiątka z oryginałem od 24 stycznia 2014 roku w Internet Archive ) Info: archiwum Link został wstawiony automatycznie i nie została jeszcze sprawdzona. Sprawdź link do oryginału i archiwum zgodnie z instrukcjami, a następnie usuń to powiadomienie.  @1@2Szablon: Webachiv / IABot / www.alstom.com
  4. ↑ Robert Durrer, Georg Volkert: Metallurgie der Ferolalierungen wydanie 2, Springer 2013.
  5. ↑ Andreas Küchler: Podstawy technologii wysokiego napięcia - technologia - zastosowania . Wydanie trzecie, poprawione. Springer Science & Business Media, Heidelberg, Dordrecht, Londyn, Nowy Jork 2009, ISBN 978-3-540-78412-8 , s. 608 .
  6. ^ OTF - Elektryczny piec łukowy i kadziowy. SEA Società Elettromeccanica Arzignanese SpA, 2018, dostęp 13 lutego 2020 .
  7. ↑ Animacja budowy transformatora mocy przekształtnika mocy (YouTube)
  8. ↑ Uniwersytet w Rostocku (red.): 5. Transformator . Św. 1–23 ( PDF 1,23 MB ). PDF 1,23 MB ( pamiątka z oryginałem od 24 kwietnia 2014 roku w Internet Archive ) Info: archiwum Link został wstawiony automatycznie i nie została jeszcze sprawdzona. Sprawdź link do oryginału i archiwum zgodnie z instrukcjami, a następnie usuń to powiadomienie.  @1@2Szablon: Webachiv / IABot / www.iee.uni-rostock.de
  9. ↑ Praca dyplomowa Martin Neuwersch: „Status diagnostyki w transformatorach” , Institute for High Voltage and System Management and System Management Graz University of Technology, 2.2.3 Struktura uzwojeń , plik PDF dostępny 10 marca 2019 r.
  10. ↑ Przewody skręcone i płaskie ASTA , dostęp 10 marca 2019 r.
  11. ↑ ttf - Zalety nawijania taśmy aluminiowej , dostęp 10 marca 2019 r.
  12. ↑ Transformatory suche SGB-SMIT , PDF dostępny 10 marca 2019 r.
  13. ↑ DIN EN 60076-1 – Transformatory mocy Część 1: Informacje ogólne
  14. ↑ Siemens Energy - Transformatory mocy
  15. ↑ Europejski Urząd Patentowy (red.): EP 0078366 A2 - Przepust kondensatorowy do elektrycznych urządzeń wysokiego napięcia . ( [1] ).
  16. ↑ ABB Power Products (red.): Przepusty wysokiego napięcia . ( PDF ). PDF ( pamiątka z oryginałem od 28 kwietnia 2014 roku w Internet Archive ) Info: archiwum Link został wstawiony automatycznie i nie została jeszcze sprawdzona. Sprawdź link do oryginału i archiwum zgodnie z instrukcjami, a następnie usuń to powiadomienie.  @1@2Szablon: Webachiv / IABot / library.abb.com
  17. ↑ Powietrzna chłodnica oleju transformatorowego GEA , dostęp 19 kwietnia 2014 r.
  18. ^ Elektrotechnika - Online Elektrotechnika Study Site , obejrzano 19 kwietnia 2014 r.
  19. ↑ Siemens buduje najpotężniejszy na świecie transformator odlewany z żywicy. (Nie jest już dostępny online.) W: TGA - Techniczne wyposażenie budynku. WEKA-Verlag Gesellschaft mbH, 13 listopada 2007, w archiwum z oryginałem na 6 stycznia 2014 roku ; udostępniono 6 stycznia 2014 r . Info: Link do archiwum został wstawiony automatycznie i nie został jeszcze sprawdzony. Sprawdź link do oryginału i archiwum zgodnie z instrukcjami, a następnie usuń to powiadomienie. @1@2Szablon: Webachiv / IABot / www.tga.at
  20. ↑ OMICRON - Pomiar współczynnika rozproszenia / współczynnika mocy (Tan Delta) na przekładnikach pomiarowych , dostęp 11 marca 2019 r.
  21. ↑ Transformatory mocy Siemens , dostęp 12 marca 2019 r.
  22. ↑ Transformatory mocy ABB , dostęp 12 marca 2019 r.
  23. ↑ Transformatory przemysłowe Siemens
  24. ↑ Transformatory do zastosowań specjalnych ABB Transformatory do zastosowań specjalnych , dostęp 12 marca 2019 r.
  25. ↑ Niederreiter „Usługi dla transformatorów ” , dostęp 12 marca 2019 r.
  26. ↑ ABB "Fit mit 50" , PDF dostępny 12 marca 2019 r.
  27. ↑ Testowanie i diagnostyka transformatorów mocy firmy OMICRON , plik PDF dostępny 12 marca 2019 r.
  28. ↑ IEC60422 Mineralne oleje izolacyjne w sprzęcie elektrycznym – wytyczne dotyczące nadzoru i konserwacji
  29. ↑ DIN ISO 2049: Produkty naftowe – Oznaczanie koloru (skala ASTM)
  30. ↑ DIN EN 60156: Ciecze izolacyjne – Oznaczanie napięcia przebicia przy częstotliwości sieci – Metoda badania
  31. ↑ DIN 51777 badanie węglowodorów olejów mineralnych i rozpuszczalników; Oznaczanie zawartości wody według Karla Fischera
  32. ↑ DIN EN 62021-1 Ciecze elektroizolacyjne – Oznaczanie zawartości kwasu – Część 1: Automatyczne miareczkowanie potencjometryczne
  33. ↑ VDE 0370: oleje izolacyjne
  34. ↑ DIN 515591: Badanie olejów mineralnych – oznaczanie liczby zmydlania
  35. ↑ DIN EN 60247: Ciecze elektroizolacyjne – pomiar liczby przenikalności elektrycznej, współczynnika strat dielektrycznych (tan d) oraz rezystancji właściwej prądu stałego
  36. ↑ DIN 51757: Badanie olejów mineralnych i substancji pokrewnych – oznaczanie gęstości
  37. ↑ DIN 51423: Badanie olejów mineralnych – pomiar względnego współczynnika załamania
  38. ↑ NF ISO 6295: naftowe - oleje mineralne - Oznaczanie napięcie międzyfazowe wobec wody w oleju, - metoda Pierścień
  39. ↑ DIN EN 60970: Metoda cieczy izolacyjnych do określania liczby i rozmiarów cząstek
  40. ↑ DIN EN 60666: Wykrywanie i oznaczanie określonych dodatków w cieczach izolacyjnych na bazie oleju mineralnego
  41. ↑ Maik Koch: Wiarygodne oznaczanie wilgotności w transformatorach mocy. Seria publikacji Instytutu Przesyłu Energii i Technologii Wysokich Napięć Uniwersytetu w Stuttgarcie, tom 1 - 2008, Sierke Verlag.
  42. ↑ K. Feser: Metoda transmitancji do wykrywania przemieszczeń uzwojeń transformatorów mocy po transporcie, zwarciu lub 30-letniej eksploatacji. Sesja CIGRÉ 2000. Referat: 12/33-04
  43. ↑ Maschinenfabrik Reinhausen „Niezawodny na całe życie”. , dostęp 12 marca 2019 r.
  44. ↑ Maschinenfabrik Reinhausen "SERVICE AM TRANSFORMER" , PDF dostęp 12 marca 2019 r.
  45. ↑ ARS Altmann , dostęp 12 marca 2019 r.
  46. ↑ ABB Transformers „Usługi regeneracyjne i inżynieryjne transformatorów – TRES ” , plik PDF dostępny 12 marca 2019 r.

linki internetowe

Commons : Power Transformers  - Album ze zdjęciami, filmami i plikami audio