Высококачественный силовой трансформатор от китайского производителя в соответствии со стандартами IEC

Что такое трансформатор?

Трансформатор — электрическое устройство, использующее принцип электромагнитной индукции для изменения напряжения переменного тока, обычно включающегоповышающие и понижающие трансформаторы. В процессе повышения и понижения напряжения трансформаторы сохраняют его частоту неизменной, изменяя соотношение витков первичной и вторичной обмоток. Механизм работы его сердечника заключается в том, что, когда переменный ток протекает через первичную обмотку, он создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, индуцирует электродвижущую силу во вторичной обмотке, тем самым обеспечивая преобразование между напряжением и током: повышение напряжения уменьшает ток, понижение напряжения увеличивает ток, и в идеале общая мощность остается постоянной. Эта характеристика позволяет значительно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а также обеспечивает безопасно адаптированное напряжение для различных устройств в точке использования. Типичные области применения варьируются от гигантских трансформаторов на подстанциях, распределительных трансформаторов на опорах до миниатюрных трансформаторов внутри зарядных устройств для мобильных телефонов. Однако необходимо особо отметить, чтотрансформатор работает только с переменным током и не может преобразовывать постоянный ток.

Каков принцип работы трансформатора?

Принцип работы трансформатора основан назакон электромагнитной индукции. Когда переменный ток протекает через первичную обмотку, он создает переменный магнитный поток в сердечнике. Этот переменный поток одновременно связывает первичную и вторичную обмотки, создавая электродвижущую силу (ЭДС) в каждой обмотке. Благодаря этой электромагнитной индукции трансформатор передает электрическую энергию и преобразует напряжение, используя только магнитную связь между двумя обмотками и не имея прямого электрического соединения.

Зависимость преобразования напряжения:

U₁/U₂ = N₁/N₂ = k

где U₁, U₂ — первичное и вторичное напряжения, N₁, N₂ — количество витков в обмотках, а k — коэффициент трансформации. Когда вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная, трансформаторшагает впередНапряжение; когда у него меньше витков, онуходит внизНапряжение.

Конструкция и ключевые компоненты

Трансформатор в основном состоит из активной части, такой каксердечник, обмотки, изоляция и выводы, бак, система охлаждения, защитные устройства и вводы. Сердечник и обмотки, также называемые катушками, являются наиболее важными компонентами.

1. Сердечник (магнитная цепь)

Сердечник обеспечивает магнитный путь и состоит из ветвей сердечника (вертикальных секций, на которых установлены обмотки) и ярм (горизонтальных секций, замыкающих магнитный путь). Чтобы уменьшить потери на вихревые токи и потери на гистерезис, сердечник обычно состоит из сложенных друг на другапластины из кремниевой стали, каждый из которых покрыт изолирующим лаком или оксидным слоем для изоляции друг от друга. Основные конфигурации в основномосновной тип(обмотки окружают ножки сердечника, что часто встречается в силовых трансформаторах) иракушечного типа(сердечник окружает обмотки, что приводит к низкому потоку рассеяния и высокой механической прочности, часто используется в прецизионных приборах и небольших устройствах).

2. Обмотки (электрическая цепь)

Обмотки представляют собой электрическую цепь трансформатора, разделенную напервичная обмотка и вторичная обмотка. Они изготавливаются из медной или алюминиевой проволоки с высокопрочной изоляцией. Обмотки обычно располагают концентрически (низковольтная обмотка размещается рядом с ветвью сердечника, высоковольтная обмотка наматывается снаружи). Что касается изоляции, в современных масляных трансформаторах в основном используетсякомпозитная изоляционная система с масляно-бумажным барьеромсостоит из картона, кабельной бумаги и трансформаторного масла. Толщина картона обычно составляет 2–5 мм, что обеспечивает надежную изоляцию для высоких уровней напряжения.

Выше описана основная электромагнитная система, а также очень важны для масляных трансформаторов следующие вспомогательные системы:

Танк:Внешний контейнер, используемый для хранения железных сердечников, обмоток и заливки трансформаторного масла. Трансформаторы большой мощности обычно оснащаются внешними радиаторами или охлаждающими трубками для улучшения отвода тепла.

Трансформаторное масло:Он служит как изолирующей средой (с лучшими изоляционными характеристиками, чем воздух), так и охлаждающей средой (тепло, выделяемое сердечником и обмоткой трансформатора, передается на стенку масляного бака за счет конвекции масла). В зависимости от температуры застывания трансформаторное масло делится на разные марки, такие как10, 25 и 45адаптироваться к различным климатическим условиям.

Консерватор (масляный резервуар):Горизонтальный топливный бак установлен над основным топливным баком, соединенным трубами. Он отделяет масло от воздуха через диафрагму. Основываясь на особенностях расширения и сжатия масла при изменении температуры, оно сохраняет масло при более высоких температурах и подает масло при более низких температурах, тем самым уменьшая контакт масла с воздухом и предотвращая поглощение влаги и старение.

Втулки:Вывести провода высокого и низкого напряжения из изолированных выводов корпуса трансформатора; Они обеспечивают электрическую изоляцию и механическую поддержку.

Защитные устройства:Включая переключатели ответвлений под нагрузкой или без нагрузки, реле Bucher (газовые реле), взрывозащищенные выпускные отверстия (выпускные отверстия безопасности), респираторы для обезвоживания (силиконовые респираторы), термочувствительные элементы и сопутствующие инструменты. Эти устройства обычно могут обеспечить мониторинг в реальном времени и комплексную защиту.

Типы трансформаторов

Трансформаторы можно классифицировать по нескольким аспектам:

1. Согласно заявке

Силовые трансформаторы:Силовые трансформаторы в основном используются для преобразования напряжения и передачи/распределения электроэнергии в энергосистемах, составляя более 80% всех трансформаторов.

Распределительные трансформаторы:Под распределительными трансформаторами обычно понимаются трансформаторы ниже 35 кВ (в основном 10 кВ/0,4 кВ), которые напрямую поставляют электроэнергию конечным потребителям.

Специальные трансформаторы:Включая испытательные трансформаторы для испытаний на устойчивость к напряжению, измерительные трансформаторы (включая трансформаторы напряжения, трансформаторы тока для измерения и защиты), выпрямительные трансформаторы переменного тока в постоянный, используемые для электролиза, гальваники, привода постоянного тока, печные трансформаторы, горнодобывающие трансформаторы и т. д.

2. В зависимости от охлаждающей и изоляционной среды

Масляные трансформаторы:Железный сердечник и обмотка масляного трансформатора полностью погружены в минеральное изоляционное масло, которое обладает превосходными теплоотводящими и изоляционными характеристиками, высокой эффективностью и относительно низкой стоимостью. Масляные трансформаторы широко используются на открытых подстанциях и в промышленных парках, но требуют мер по предотвращению пожаров и взрывов.

Трансформаторы сухого типа:Железный сердечник и обмотка трансформаторов сухого типа не погружены в масло; В них используются воздушные или твердые изоляционные материалы, такие как отливка из эпоксидной смолы. Трансформаторы сухого типа огнестойки и герметичны, подходят для помещений со строгими правилами пожарной безопасности, таких как высотные здания, центры обработки данных, торговые центры и больницы.

Трансформаторы с элегазовой изоляцией:Трансформаторы с элегазовой изоляцией встречаются на рынке относительно редко, и в них обычно используются синтетические газы, такие как SF₆, в качестве охлаждающей и изолирующей среды, подходящей для особых условий эксплуатации.

3. По количеству обмоток.

Двухобмоточный трансформатор:В энергосистемах довольно распространены двухобмоточные трансформаторы, имеющие одну обмотку высокого (среднего) напряжения и одну обмотку низкого напряжения (одну первичную обмотку и одну вторичную обмотку).

Трехобмоточный трансформатор:Трехобмоточный трансформатор имеет по три обмотки на фазу, подключенные к разным уровням напряжения (например, сторона высокого напряжения, сторона среднего напряжения, сторона низкого напряжения). Этот трансформатор обычно используется на подстанциях, которым требуется несколько уровней напряжения.

4. В соответствии с конфигурацией сердечника/обмотки.

Трансформатор сердечника:Обмотка трансформатора типа «Стержень» окружает ножки железного сердечника (железный сердечник окружен обмоткой). Этот продукт имеет простую конструкцию, низкую стоимость и широко используется в энергосистемах.

Трансформатор кожухового типа:Сердечник кожухового трансформатора окружает обмотку (обмотка окружает сердечник). Он обладает такими характеристиками, как низкий поток рассеяния, высокая механическая прочность и компактный размер, и обычно используется в прецизионных приборах и небольшом оборудовании.

5. По количеству фаз

Однофазные трансформаторы используются для однофазных нагрузок или для формирования трехфазных групп и трехфазных трансформаторов.

6. Согласно методу регулирования напряжения

Устройство РПН без нагрузки (требует обесточивания) и Устройство РПН (автоматическое регулирование напряжения под нагрузкой).

7. В зависимости от типа электрического подключения.

Изолирующий (изолирующий) трансформатор:Первичная обмотка и вторичная обмотка изолирующего трансформатора электрически изолированы друг от друга только посредством магнитной связи. Этот тип трансформатора обладает чрезвычайно высокой безопасностью и широко используется в медицинском оборудовании и прецизионных инструментах для предотвращения поражения электрическим током и электромагнитных помех.

Автотрансформатор:Первичная и вторичная обмотки имеют общую часть обмотки, имеющую как магнитную связь, так и прямое электрическое соединение. Компактный, небольшой размер, низкие потери, но нет изоляции между первичной и вторичной обмотками. Используется для запуска двигателя и регулирования напряжения (например, лабораторный вариак).

Как классифицируются силовые трансформаторы?

Номинальная мощность (Sn, в кВА или МВА):Полная мощность, которую трансформатор может непрерывно выдавать при номинальном напряжении и токе. Это наиболее важный параметр при выборе трансформатора. Китайские марки мощности следуют за серией R10, увеличиваясь в 1,26 раза (100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 кВА и т. д.). При разумном выборе мощности сначала рассчитывается максимальная совокупная нагрузка, затем выбирается следующая более высокая мощность, чтобы коэффициент загрузки составлял около 60-70%, обеспечивая как долгосрочную безопасную работу, так и экономию.

Номинальное напряжение (кВ):Первичное напряжение соответствует напряжению сети; вторичное напряжение обычно на 5–10 % выше, чем напряжение шины нижнего плеча (в зависимости от напряжения импеданса и емкости), чтобы компенсировать падение линейного напряжения и обеспечить качество напряжения конечного пользователя.

Сопротивление короткого замыкания (Напряжение импеданса, Uk%):Процент первичного напряжения, необходимый для циркуляции номинального тока через вторичную обмотку при коротком замыкании вторичной обмотки. Это критическая характеристика, которая влияет на уровни тока короткого замыкания и регулирование напряжения.

Потери на холостом ходу (Po, кВт):Активная мощность, потребляемая со вторичной обмотки трансформатора в состоянии холостого хода при номинальной частоте и номинальном напряжении, в основном состоит из потерь в сердечнике (магнитных потерь), которые зависят от качества изготовления и характеристик материала кремнистой стали. Если используются высокоэффективная кремниевая сталь и трехмерные намотанные сердечники, потери холостого хода могут быть значительно снижены.

Потери нагрузки (Pk, кВт):Активная мощность, потребляемая при коротком замыкании вторичной обмотки и номинальном токе, протекающем в первичной обмотке. В основном он состоит из потерь меди в обмотках и пропорционален квадрату коэффициента нагрузки.

Эффективность (η):Выходная активная мощность, деленная на входную активную мощность. Большие силовые трансформаторы имеют очень высокий КПД; например, повышающий трансформатор генератора мощностью 380 МВА/500 кВ может достичь η ≥ 99,75%.

Векторная группа (например, Dyn11, Yyn0):Указывает способ соединения (Y -- звезда, D -- треугольник, Z -- зигзаг) обмоток высокого и низкого напряжения и их смещение фаз. Это влияет на метод заземления нейтрали системы и путь тока нулевой последовательности.

Метод охлаждения:Например, ONAN (натуральное масло, воздух, натуральное), ONAF (натуральное масло, принудительный воздух), OFWF (принудительное масло, вода). Четырехбуквенные коды определяют охлаждающую среду и метод циркуляции (ON: естественная циркуляция масла; OF: принудительная циркуляция масла; OD: принудительная циркуляция масла; AN: естественная циркуляция воздуха; AF: принудительная воздушная; WF: принудительная водяная).

Как выбрать подходящие трансформаторы?

При выборе подходящего трансформатора, кроме определения номинальной мощности и уровней напряжения, следует учитывать также следующие факторы:

Характеристики нагрузки:Для типичных промышленных и бытовых нагрузок мы обычно используем стандартные силовые трансформаторы с двойной обмоткой. Если требуется несколько уровней напряжения, следует выбрать трехобмоточный трансформатор и разумно распределить номинальную мощность каждой обмотки. Для мест с жесткими требованиями пожарной безопасности, таких как дата-центры и высотные здания, приоритет следует отдавать сухим трансформаторам.

Среда установки:Масляные трансформаторы с огнестойкими перегородками обычно предпочтительны для наружных подстанций, тогда как трансформаторы сухого типа следует отдавать предпочтение для использования внутри помещений.

Ограничения емкости:На закрытых подстанциях максимальная мощность одного масляного трансформатора не должна превышать 1250 кВА; В сборных подстанциях максимальная мощность масляных трансформаторов не должна превышать 630 кВА, а мощность сухих трансформаторов не должна превышать 800 кВА.

Требования к регулированию напряжения:Для сред с большими колебаниями напряжения или частыми регулировками требуются трансформаторы с переключателями ответвлений под нагрузкой; Для приложений со стабильным напряжением можно использовать трансформатор с переключателем ответвлений без нагрузки.

Требования к энергоэффективности и экологии:Благодаря политике энергосбережения высокоэффективные и энергосберегающие трансформаторы постепенно становятся основным выбором. В настоящее время доля рынка трехмерных трансформаторов с железным сердечником (с потерями холостого хода на 15–25% ниже, чем у традиционных ламинированных железных сердечников) и трансформаторов из аморфных сплавов увеличивается с каждым годом.

Специальные приложения:Когда требуется регулирование напряжения, следует выбирать автотрансформатор; Изолирующий трансформатор целесообразнее выбирать, когда требования электробезопасности выше.