Поєднання обмоток силових трансформаторів. Силовий трансформатор: пристрій та його види

Трансформатори є одними з головних електричних пристроїв, що використовуються на виробництві та в побутових умовах. Пропонуємо розглянути, що таке сухі, масляні силові трансформатори (ТС) напруги та потужності, де використовуються однофазні, знижувальні та високовольтні електричні пристрої, а також їх технічні характеристикита монтаж.

Трансформатор – це електричний пристрій, що передає енергію між контурами, використовуючи закони магнітної індукції Трансформатори можуть застосовуватися як прилади, які підвищують або знижують напругу, щоб перетворити струм змінної напруги, що надходить, у вихідний струм постійної напруги. Ця унікальна здатність трансформаторів може бути використана для імпедансу між неузгодженими електричними ланцюгамищоб забезпечити максимальну передачу потужності між схемами.

Фото – Параметри напруги

Трансформатор зазвичай складається з двох обмоток дроту з ізоляцією, намотаних навколо загального якоря, щоб викликати тісний електромагнітний контакт між обмотками. Матеріал сердечника найчастіше виконаний із заліза. Котушка, яка отримує електричний вхідний струм, називається котушкою первинної обмотки, а вихідна котушка, відповідно – вторинною.

У тороїдального трансформатора пасивними електронними компонентами є котушки індуктивності, вони складаються з круглого кільцевого магнітного осердя з високою магнітною проникністю матеріалу – це залізний порошок або ферит, навколо якого намотаний дріт. Тороїдальні котушки та фільтри використовуються для високочастотних котушок та трансформаторів, їх допомогою проводять випробування потужності.

Фото – Силовий трансформатор

Якщо змінний електричний струмпротікає через первинну обмотку (обмотки) трансформатора, електромагнітне поле генерується та розвивається у магнітному потоці у сердечнику трансформатора. За допомогою електромагнітної індукції цей магнітний потік генерує змінне ЕРС у вторинній обмотці, який індукує напругу на вихідних клемах. Якщо опір навантаження підключається через вторинну обмотку, електричний струм протікає через неї від первинної обмотки та джерела живлення.

Потужні двообмотувальні трансформатори (до 110 кВ) не можуть працювати з постійним струмом, хоча коли вони підключені до джерела постійного струму, передають короткий вихідний імпульс про те, як піднімається напруга.

Фото – Вуличний трансформатор

Функціонування трансформатора холостого ходу засноване на двох принципах закону електромагнітної індукції: електричний струм через провідник, наприклад, провід виробляє магнітне поле навколо дроту, відбуваються зміни магнітного поля у безпосередній близькості від дроту, індукується напруга на його кінцях. Як бачите, пристрій силового трансформатора практично не відрізняється від звичайного побутового приладу.

Магнітне поле збуджується у первинній котушці, що призводить до самоіндукції, а також до взаємної індукції між котушками. Ці самоіндукційні лічильники збуджують поле настільки, що в результаті струм, що проходить через первинну обмотку, дуже малий. Якщо навантаження відсутнє - прилад живиться про вторинну обмотки.

Фото – Трансформатор

Види силових трансформаторів

Залежно від сфери застосування, бувають такі типи силових трансформаторів:

• Силові понижуючі (від 6 кВ до 35 кВ) трансформатори ГОСТ 11677-85. В основному використовується для активізації зниження сил напруги електричної мережі;
• Трифазні та однофазні трансформатори. Зазвичай застосовують у трифазної енергосистемі, т.к. є економічно ефективними. Переважно застосовувати три однофазного трансформатора, т.к. Легше транспортувати кілька блоків окремо. Вони використовуються, як для того, щоб забезпечити виробництво постійним струмом, так і для контролю напруги в побутових умовах;
• Електричний силовий вимірювальний трансформатор розподілу навантаження. Ці пристрої використовуються в електромережі для захисту системи електропостачання та різноманітних потужних інструментів у промисловості;
• Пристрій трансформації з двома обмотками та силовий автотрансформатор. Використовується там, де співвідношення між високою напругою та низькою напругою більше 2 відсотків. Він є економічно ефективним, але вони найвища вартість;
• Відкритий трансформатор призначений для встановлення на відкритому повітрі, це єдиний прилад, зберігання якого можна проводити за мінусової температури.

Змінний струм через обмотку робить потік, що постійно змінюється, або змінні потоки, що оточують обмотку. Цей потік постійно змінюється в амплітуді та напрямі, але має бути зміна потокозчеплення відповідно до функції обмоток. За законом Фарадея електромагнітної індукції, ЕРС має індукуватися за секунду. Якщо ланцюг останньої обмотки закритий – через нього протікає електричний струм. Це основа принципу роботи трансформатора.

Фото – Принцип роботи

Щоразу, коли ми використовуємо змінний струм стосовно електричної котушки, він її оточуватиме. Але якщо розташувати біля неї другу котушку (або котушки), то потокозчеплення стане спрямованим. При зміні потоку змінюватиметься рівень і напрям зчеплення.

Ремонт та захист

Ремонт силових трансформаторів – це досить дорогий процес, особливо якщо враховувати той факт, що виконувати його повинен тільки фахівець зі стажем, адже при неправильному поєднанні або порушенні цілісності обмоток ставиться під загрозу життя робітників або Вашої родини. У Росії відремонтувати силові автотрансформатори струму моделі ТМГ, ТДТН, ТМЗ, ТМН, ТСЗ, КТП, ТСЗЛ, ТСЛ, УВЧ, ТМ (масляні трансформатори) та інші пропонують такі компанії як СВЕЛ, Біробіджанський завод силових трансформаторів, Псковський завод ), ABB, trihal.

Фото – Диференційний захист

Диференціальний захист із запобіжниками забезпечується в електричному силовому трансформаторі, номінал якого більше 5 кВа, її схема ефективніша, ніж релейний захист або принцип паралельної страховки. Також для того, щоб захистити сучасні силові трансформатори, використовується спеціальна програма розрахунку Transformer Designer.

Диференціальне реле фактично порівнює між собою потужність первинного струму силового трансформатора та вторинного. Якщо є дисбаланс, то реле активізується, з його допомогою захищають реактори та цілі житлові квартали від перенапруги мережі. Вторинні обмотки трансформаторів, щоб уникнути замикання, повинні бути підключені до тієї ж поточної котушки диференціального реле таким чином, щоб струм не подавався в ній нормальному стані роботи приладу. Диференціальний захист трансформатора повинен бути пропорційний зсуву або максимально допустимого відхилення коефіцієнта різниці струмів.

Фото – Захист силового трансформатора

Своїми руками може проводитися намотування обмотки. Розглянемо основні тези. Обмотка повинна бути організована з парною кількістю шарів, так щоб центральна точка закінчувалася при переході від одного шару до іншого. Провід виведений назад через один отвір, всі виходи захищені. Між шарами обмотки встановлюються бавовняні смуги тканини, які використовуються для захисту від перегрівання паралельної обмотки. Регулювання температури або процесу охолодження можна проводити за допомогою спеціальної рідини, в якій просочується ізоляційний шар. Самостійне складання - заняття тільки для досвідчених електриків. Не намагайтеся без додаткових знань зібрати реле чи трансформатор.

Майже всі виробники трансформаторних пристроїв подбали про те, щоб Ви могли самі визначити причину поломки за допомогою релейного захисту, провести розрахунок та повний огляд техніки. За необхідності проводиться діагностика та сушіння обмоток та підсилювачів на підприємстві.

Якщо Ви хочете купити трансформатор, то виробники зобов'язані запропонувати Вам зробити повну діагностику, а також забезпечити гарантію щонайменше на 12 місяців, провести розрахунок силового трансформатора (його коефіцієнт ККД, швидкість охолодження, розрахувати пусковий момент). Перевезення має проводитися тільки у спеціальній тарі, з урахуванням усіх технік безпеки транспортування потужних електричних приладів. Термін служби цього пристрою до 20 років у нормальних умовах експлуатації.

Принципи маркування

Схеми з'єднання обмоток силових трансформаторів

У первинній обмотці кожна фаза розташована під кутом 120° стосовно інших фаз. Кожна первинна обмотка магнітно пов'язана з вторинною через загальне базове з'єднання. Це найпростіший варіант, коли зв'язки кожної первинної та вторинної обмотки з'єднані з нейтральною точкою.

Струми намагнічування мають значну кількість непарних гармонійних складових. Якщо однакові силові трансформатори з'єднані з кожною фазою і збуджуються від частоти 60 Гц рівної величини, напруги від 220 до і потужності до 630 Вт, то вони повернуться в нейтральне положення.

Така схема підключення обмоток проста у втіленні, але не є гарантованим захистом від зсуву нейтральної точки. Також часто спотворюється рівень напруги, що виходить. Інструкція, за якою проводиться експлуатація силового трансформатора, допускає також будь-які інші зручні варіанти кріплення, але якщо вони не суперечать правилам ПУЭ.

Технологія лінійного з'єднання використовується вкрай рідко через високу витрату провідників.

Сьогодні виробники пропонують високотехнологічні силові трансформатори, вибір щодня збільшується, їхня ціна залежить від типу (визначається за допомогою маркування), призначення та виробника. При покупці обов'язково перевіряйте паспорт, порівнюйте зазначені та наявні характеристики.

У трансформаторних підстанціях міських електричних мереж силові трансформаторипризначені для перетворення вищої напруги на нижчу.

Силовий масляний трансформатор(дивися малюнок нижче) складається з магнітопроводу, зібраного з листової трансформаторної сталі, і двох намотаних на нього трифазних обмоток: обмотки на напругу вище 1000В (первинної), що приєднується паралельно шинам ТП або РП, і обмотки на напругу до 1000В якої підключають електроприймачі.

Т масляний рансформатор ТМ-250/10:

1 - ковзанки, 2 - болт заземлення, 3 - бак,

4 - заводська табличка, 5 - підйомний гак,

6 - повітроосушувач, 7 - масловказівник,

8 - розширювач, 9 - введення 10 і 0,4 кВ, 10 - термометр,

11 - термосифонний фільтр,

12 - пробка для відбору проб і зливу олії

Вторинна обмотка ізольована від первинної. Нульова точка вторинної обмотки заземлена або ізольована від землі із встановленням між нею та землею пробивного запобіжника.

Ставлення вищої напруги до нижчого при холостому ході, приблизно рівне відношенню числа витків первинної обмотки до витків вторинної обмотки, називають коефіцієнтом трансформації силового трансформатора.

Обмотки та магнітопровід силового трансформаторазанурені в бак з маслом 3. Бак має спеціальні трубки або ребра для кращого охолодження олії та розширювач 8 для можливості зміни обсягу олії при зміні її температури, яка залежить від навантаження, і температури навколишнього повітря. На розширювачі встановлені масловказівник 7 з нанесеними відмітками необхідного рівня при температурах олії: +40, +15 - 45°С.

Бак трансформатора закривається кришкою, що прикріплюється болтами, розташованими по всьому периметру, до верхньої рамки бака. Між кришкою та рамою бака для ущільнення прокладено прокладку з маслоупорної гуми.

На кришці встановлені прохідні ізолятори (вводи), через які кінці первинної та вторинної обмоток виведені назовні для приєднання до шин. У кришці є також отвір (ненаскрізний) для установки термометра та отвір, закритий кришкою або болтом, для заливки трансформатора олією. У нижній частині бака знаходяться кран для спуску олії та болт для приєднання заземлювального провідника. Для зручності пересування баки трансформаторів потужністю 160кВА та вище поставлені на ковзанки.

Обмотки силових трансформаторів мають відгалуження для регулювання напруги в межах: ±10% номінального ступенями по 1,67% у трансформаторівз пристроєм для автоматичного перемикання відгалужень обмоток під навантаженням та ±5% номінального ступенями по 2,5% у трансформаторів, що мають перемикач з виведеною рукояткою перемикання на кришці бака. Щоб змінити напругу, трансформатори, що мають перемикач з виведеною рукояткою, відключають і повертають рукоятку в положення, що відповідає напругі.

Силові трансформаторипотужністю до 1000кВА виготовляють не тільки з масляним наповненням, але й сухі з повітряним охолодженням. Ізоляція обмоток таких трансформаторів виконана з негорючих матеріалів (склоізоляція), тому вони безпечні у пожежному відношенні. Застосування сухих трансформаторів обмежено, так як вони призначені для роботи в опалюваних приміщеннях з відносною вологістю повітря не більше 80% і температурою не вище 35 ° С, а також у 2 - 3 рази дорожче звичайних трансформаторів тієї ж потужності.

Силові трансформатори характеризуються потужністю, номінальними напругами первинної та вторинної обмоток, напругою короткого замикання, групою та схемою з'єднання обмоток.

Напругою короткого замикання (U к) називається напруга у відсотках від номінального, яке необхідно підвести до первинної обмотки при замкнутій накоротко вторинній обмотці, щоб в обох обмотках протікали номінальні струми.

Трифазні трансформатори можуть мати різні групи та схеми з'єднання обмоток. Найчастіші групи і схеми з'єднань обмоток показані в наступній таблиці.

Схеми та групи з'єднань обмоток силових трансформаторів,
застосовуваних у міських електричних мережах

Схема з'єднання обмоток		Діаграма векторів		Умовне позначення (групи)
Вища напруга	Нижча напруга	Вища напруга	Нижча напруга
				Y/Y-0
				Δ/Y-11

Перевага трансформаторівзі схемою з'єднань Δ/Y-11 перед трансформаторами зі схемою Y/Y-0 полягає в тому, що їх нульовий провід може бути завантажений до 70% номінального фазового струму трансформатора, тоді як у трансформаторі зі схемою Y/Y-0 нульового дротумає перевищувати 15% фазового струму трансформатора.

У позначенні силових трансформаторіввказують число фаз (Т - трифазний), тип охолодження (М - природне масляне, С - повітряне), потужність, номінальні напруження первинної та вторинної обмоток, групи та схеми з'єднання. Так, трифазний трансформатор з масляним охолодженням потужністю 160кВА первинною напругою 10кВ, вторинною 0,4кВ зі схемою з'єднання зірка - зірка з нульовим висновком позначається ТМ-160-10/0,4 Y/Y-0, такий же трансформатор, але з повітряним охла (сухий) - ТС-160-10/0,4 Y/Y-0.

Для кращого захисту олії від окислення маслорозширювачі трансформаторів забезпечені силікагелевим осушувачем повітря, а баки трансформаторів потужністю зі 160кВА термосифонним фільтром.

Відповідно до ГОСТ 11677-75встановлені наступні номінальні потужності трифазних трансформаторів: 10, 16, 25, 40, 63, 100. 160, 250, 400, 630кВА і т.д.

В даний час силові трансформаторивиготовляють із просторовим магнітопроводом, виконаним з трьох стрижнів, зібраних з пластин холоднокатаної електротехнічної сталі і стягнутих зверху та знизу ярмами трикутної форми, тому баки та кришки також мають трикутну форму. Ці трансформатори випускають габаритами та масою на 10 – 15% менше, ніж звичайні трансформаториз плоским магнітопроводом.

На сьогоднішній день трансформатори є головними електричними пристроями. Вони використовуються не тільки на виробництві, а й у побуті. У цій статті ви знайдете інформацію про силові трансформатори. Силовий трансформатор – це електричний пристрій, який передає енергію між контурами. Весь цей процес відбувається завдяки законам магнітної індукції.

Їх застосовують як прилади, які можуть збільшувати, або знижувати напругу. Ця унікальна здатність може забезпечити максимальну передачу струму.

Параметри силового трансформатора

Силовий трансформатор має номінальну напругу. Воно може розраховуватись залежно від конструкції. Залежно від конструкції він розраховуватиметься або:

• Між фазою та землею.
• Між фазами.

Ось основні елементи, з яких складається силовий трансформатор:

1. Первинна обмотка (W1).
2. Вторинна обмотка (W2).
3. Стрижень магнітовідведення.
4. Ярмо магнітовідведення.

Силовий масляний трансформатор зазвичай складається з двох обмоток та дроту, що містить у собі ізоляцію. Сердечник має виготовлятися із заліза.

Силовий трансформатор в залежності від галузі застосування може мати декілька видів:

1. Силовий знижувальний пристрій. Його часто використовують для зниження напруги.
2. Трифазний та однофазний трансформатор. Досить часто їх використовують у трифазній електричній системі. Вам переважно буде застосовувати три однофазні трансформатори. Вони необхідні для того, щоб забезпечувати підприємство постійним струмом.
3. Електричний силовий трансформатор. Його використовують із розподілу навантаження. Ці пристрої застосовують захисту системи електропостачання.
4. Силовий автотрансформатор. Використовується на тих підприємствах, де різниця між високою та низькою напругою не перевищує 2%.
5. Відкритий трансформатор. Його використовують для встановлення на вулиці. Він здатний працювати навіть за мінусових температур.

Силовий трансформатор та його принцип роботи

Змінний струм повинен пройти через обмотку і зробити струм, що постійно змінюється. Цей потік постійно змінюватиметься за своєю амплітудою та напрямком. Згідно із законом, Фарадея ЕРС має індукуватися за одну секунду. Він має такий самий принцип роботи як і трансформатор Тесла. Цей час вважається оптимальним. Якщо ланцюг в останній обмотці буде закритий, то через нього зможе пройти електричний струм.

Якщо силовий трансформатор використовує змінний струм, він оточуватиме котушку. Але якщо поруч розташувати ще одну котушку, то потокозчеплення стане спрямованим.

Ремонт та захист силового трансформатора струму

Відремонтувати силовий трансформатор досить складно. Цей процес забирає не лише багато часу, а й грошей. Виконувати цей процес має лише спеціаліст зі стажем. Якщо в його конструкції будуть неправильні з'єднання, це може поставити ваше життя під загрозу. Існує декілька заводів, які можуть виконати його ремонт. Ось основні компанії, які можуть взятися за цю роботу:

• Siemens.
• СВЕЛ.

Диференціальний захист повинен забезпечуватись у силовому трансформаторі. Вона вважається ефективнішою, ніж релейний захист. Для того, щоб надійно захистити сучасні силові трансформатори, можна використовувати спеціальну програму Transformer Designer.

Диференціальне реле має порівнювати між собою потужність первинного та вторинного струму. Якщо у вашому трансформаторі утворюється дисбаланс, то реле активізується і захищатиме реактори. Вторинна обмотка має бути підключена до поточної котушки реле. Захист трансформатора повинен бути пропорційний зсуву або відхилення коефіцієнта різниці струмів.

Обмотування трансформатора можна провести самостійно. В обмотці повинен бути парний шар обмотки. Провід повинен бути виведений через вихідний отвір. Між шарами обмотки необхідно встановлювати бавовняні смуги, які будуть використані від перегрівання. Стежити за підвищенням температури можна також за допомогою спеціальної рідини, яка просочуватиме шар ізоляції. Збирати силовий трансформатор можна лише досвідченим електрикам. Багато виробників трансформаторів дбають про те, щоб самостійно визначити причину поломки. Визначити поломку можна за допомогою релейного захисту.

Схеми з'єднання обмоток силових трансформаторів

У первинній обмотці кожна фаза має розподілятися під кутом 120 градусів. Первинна обмотка повинна бути магнітно пов'язана з вторинною через нейтральні точки. Струм може мати значну кількість непарних складових. Якщо силові трансформатори з'єднані з кожною фазою, вони зможуть повертатися в нормальне положення. Завдяки цій схемі ви дізнаєтесь.

Ця схема обмотки вважається найпростішою. Також іноді часто може спотворюватися рівень напруги, що виходить. Технологія лінійного з'єднання може використовуватися дуже рідко. На сьогоднішній день вибір силових трансформаторів значно збільшився.