Виды трансформаторов

Классификация трансформаторов по электрическим параметрам

Классификация по данным особенностям трансформаторов позволяют оценить способность применения того или иного типа трансформатора в конкретном случае. В соответствии с этим трансформаторы по электрическим параметрам разделяются на следующие группы:

1. По рабочей частоте. Так как от частоты тока переменного напряжения зависят используемые материалы, из которых изготавливаются сердечник, обмотки и изоляция. В соответствие с этим различают трансформаторы следующих типов:

— пониженной частоты – рабочая частота ниже 50 Гц;

— промышленной частоты – рабочая частота 50 Гц;

— повышенной частоты – рабочая частота 100 – 10000 Гц;

— ультразвуковой частоты – рабочая частота более 10 кГц;

— высокой частоты – рабочая частота свыше 100 кГц.

В отношении импульсных трансформаторов чаше используется длительность импульса. В настоящее время мощные трансформаторы в большинстве случаев питаются от сетей промышленной частоты, но в современной электронике в подавляющем случае используют трансформаторы, рассчитанные на высокую и ультразвуковую частоту. Это позволяет снизить габариты трансформатора.

2. По системе тока. Данная особенность трансформатора позволяет разделить трансформаторы на:

— однофазные;

— многофазные (например, трёхфазные, шестифазные и т.д.).

3. По величине электрического напряжения. Данный параметр характеризует величину напряжения, на которую рассчитана изоляция кокой-либо обмотки или обмоток трансформатора. По данному параметру трансформаторы делятся:

— низковольтные трансформаторы, у которых рабочее напряжение обмотки (или обмоток) не превышает 1000 – 1500 В;

— высоковольтные трансформаторы, у которых рабочее напряжение обмотки выше 1000 — 1500 В.

В настоящее время в бытовой радиоэлектронике в большинстве случаев используются низковольтные трансформаторы.

4. По величине мощности. Данный параметр достаточно условен и прежде всего вводится для удобства описания конкретного трансформатора:

— малой мощности, имеющие мощность порядка десятка Вт;

— средней мощности, имеющих мощность сотни Вт;

— большой мощности, имеющие мощность нескольких кВт.

Общие определения

Предельный нагрев частей трансформатора ограничивается изоляцией,
срок службы которой зависит от температуры нагрева. Чем больше мощность трансформатора,
тем интенсивнее должна быть система охлаждения.

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется посредством
естественной конвекции воздуха и частичного лучеиспускания в воздухе.
Такие трансформаторы получили название «сухих».
Условно принято обозначать естественное охлаждение при открытом исполнении С,
при защитном исполнении — СЗ, при герметичном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией
воздуха (дутьем) — СД.

Допустимое превышение температуры обмотки сухого трансформатора над температурой окружающей
среды зависит от класса нагревостойкости изоляции и согласно ГОСТ 11677—85 должно быть
не больше

  • 60 °С для класса А,
  • 75 °С — для класса Е,
  • 80 °С — для класса В,
  • 100 °С — для класса F,
  • 125 °С — для класса Н

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВА.
В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается маслу,
циркулирующему по баку и радиаторам, а затем — окружающему воздуху. При номинальной нагрузке
трансформатора в соответствии с Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) температура масла
в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95°С.

Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжают ребрами, охлаждающими трубами
или радиаторами в зависимости от мощности.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д)
применяется для более мощных трансформаторов. В этом случае в навесных охладителях
из радиаторных труб помещают вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу
и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов осуществляется
автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла.
Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье,
если нагрузка не превышает 100% от номинальной, а температура верхних слоев масла не
более 55 °С, а также независимо от нагрузки при отрицательных температурах окружающего
воздуха и температуре масла не выше 45 °С (ПТЭ). Максимально допустимая температура масла
в верхних слоях при работе трансформатора с номинальной нагрузкой 95 °С.

Форсированный обдув радиаторных труб улучшает условия охлаждения масла, а следовательно, обмоток и магнитопровода трансформатора,
что позволяет изготовлять такие трансформаторы мощностью до 80 000 кВА.



Схема системы охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла:
1 — бак трансформатора; 2 — радиаторы охладителя; 3 — вентилятор обдува

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ)
применяется для трансформаторов мощностью 63000 кВА и выше. Охладители состоят из тонких ребристых трубок,
обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители.
Благодаря высокой скорости циркуляции масла, большой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью.
Такая система охлаждения позволяет значительно уменьшить габаритные размеры трансформаторов.
Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.



Схема масляного охлаждения с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители:
1 — бак трансформатора; 2 — масляный электронасос; 3 — адсорбционный фильтр; 4 — охладитель; 5 — вентилятор обдува

Масляно-водяное охлаждение трансформаторов с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как охлаждение ДЦ, но в отличие от последнего
охладители в этой системе состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло.
Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать 70 °С. Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора,
давление масла в маслоохладителях в этом случае должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,02 МПа (2 Н/см2).
Эта система охлаждения эффективна, но имеет довольно сложное конструктивное исполнение и поэтому применяется для мощных трансформаторов (160 MBА и более).

Классификация трансформаторов по схемным параметрам

Среди множества особенностей трансформаторов можно выделить параметры, характеризующие их применение и назначение в электрической схеме или схему самого трансформатора. Поэтому выделим несколько характеризующих трансформаторы факторы: схемное назначение и схема трансформатора.

1. Классификация трансформаторов по схемному назначению позволяет определить функции, которые он выполняет в конкретной схеме, и соответственно можно выделить три группы:

— силовые трансформаторы предназначены для питания переменным током различные звенья и узлы аппаратуры, поэтому силовые трансформаторы иногда называют трансформаторами питания ТП. Данная группа является наиболее распространённой и составляет до 70 % всех трансформаторов. Они находят широкое применение для питания самых различных нагрузок: электродвигатели, бытовые приборы, различные усилители, выпрямители, осветительные и нагревательные приборы.

— согласующие трансформаторы служат для согласования входных и выходных сопротивлений различных узлов электронной схемы и находят широкое применение в радиоприёмной, радиопередающей и усилительной технике. Их можно разделить на несколько типов в зависимости от места расположения в схеме: входные, промежуточные и выходные.

— импульсные трансформаторы используют для передачи импульсов напряжения и тока между отдельными участками электрической схемы. Особенностью данных трансформаторов является то, что они позволяют пропускать через себя импульсы различной длительности – от микросекундных до наносекундных. Форма импульса чаще всего прямоугольная, но возможно и любая другая: треугольная, пилообразная, колоколообразная и другие.

2. Кроме схемного назначения трансформаторы классифицируются по схеме трансформатора и позволяет выделить следующие типы:

— однообмоточный трансформатор, называемый автотрансформатором. Он характеризуется тем, что между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками существует магнитная и электрическая связь. Первичная и вторичная обмотки определяются отводами от общей обмотки.

— двухобмоточный трансворматор, в отличие от однообмоточного имеет две электрически не связанных обмотки. Данный тип трансформатора является базовым и ри теоретическом анализе является базовым и электрические параметры первичной обмотки связаны однозначными соотношениями с электрическими парамтерами вторичной обмотки.

— многообмоточные трансформаторы имеют несколько электрически не связанных вторичных обмоток, число которых доходит до десяти, но чаще всего четыре-пять. В данном типе трансформатора ток первичной обмотки определяется множеством соотношений с током вторичных обмоток. Данный тип трансформатора является наиболее распространённым.

Схема подключения электроосмотической сушки трансформаторов

Не все существующие методы сушки благоприятно отражаются на составных частях трансформатора. К примеру, широко распространенное применение сушильных печей влечет за собой ряд трудностей.

Во-первых, такие печи потребляют огромное количество электроэнергии. Во-вторых, процесс сушки занимает много времени – вплоть до десяти суток. Затраченное на просушку время зависит от размера трансформатора и может увеличиваться.

Помимо всего прочего, сушка при помощи печи негативно сказывается на состоянии устройства. Срок службы трансформатора существенно сокращается за счет того, что высокая температура негативно сказывается на его элементах.

Спасительной технологией для сохранности устройства стало использование принципа электроосмоса. Он основан на движении жидкости сквозь пористые диафрагмы или капилляры посредством наложения внешнего электрического поля. Не допуская нагрева, устройство устраняет влагу, генерируя небольшие электрические импульсы.

При достаточно малом весе устройства (некоторые весят чуть больше килограмма), процесс сушки существенно упрощается.

Функции контроля и оперативной диагностики

При помощи дополнительных датчиков и
специальных алгоритмов обработки информации при
помощи контроллера «TDM-TS» осуществляется
постоянный контроль технического состояния основных
элементов системы охлаждения — вентиляторов и
маслонасосов.

Также производится оценка дополнительных
параметров состояния трансформатора – контроль
качества прессовки обмоток и сердечника, косвенный
контроль уровня масла в баке трансформатора.

Благодаря наличию такого набора дополнительных
функций мониторинга и диагностики контролируемого
оборудования система «TDM-TS» является уникальным
решением для устройств управления охлаждением
силовых трансформаторов.

При помощи функций системы «TDM-TS» решаются
следующие важные вопросы:

  • Осуществление непрерывной диагностики состояния
    подшипников электродвигателей маслонасосов и
    вентиляторов.
  • Проведение регистрации и анализ скачкообразных
    изменений нагрузки контролируемых
    электродвигателей, длительных перегрузок,
    выявление дефектных состояний оборудования.
  • Реализация диагностического контроля технического
    состояния лопаточного диска маслонасосов,
    проводимого на основании анализа спектров
    потребляемых токов и мощностей
    электродвигателей.
  • Обеспечение контроля уровня масла в баке при
    помощи дифференциального анализа показаний
    датчиков давления вверху и внизу бака.
  • Оценка технического состояния конструкции
    трансформатора, прессовки обмоток и сердечника на
    основании измерения и анализа вибрации бака.
  • Контроль напряжения основного и резервного
    фидеров питания, обеспечение автоматического
    перехода на резервное питание.

Конструкция устройства

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения — более низкого или более высокого. Трансформаторы, понижающие напряжение, называют понижающими, а повышающие напряжение — повышающими.

Трансформаторы изготовляют двухобмоточные и трехобмоточные. Последние кроме обмотки НН и ВН имеют обмотку СН (среднего напряжения). Трехобмоточный силовой трансформатор позволяет снабжать потребителей электроэнергией разных напряжений.

Схема устройства масляного трансформатора.

Обмотка, включенная в сеть источника электроэнергии, называется первичной, а обмотка, к которой присоединены электроприемники,— вторичной. В рассматриваемых распределительных устройствах и подстанциях промышленных предприятий применяют трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в 0,23 и 0,4 кВ.

В зависимости от изолирующей и охлаждающей среды различают трансформаторы масляные ТМ и сухие ТС. В масляных основной изолирующей и охлаждающей средой являются трансформаторные масла, в сухих — воздух или твердый диэлектрик.

В специальных случаях применяют трансформаторы с заполнением баков негорючей жидкостью — совтолом. Основой конструкции трансформатора служит активная часть, состоящая из магнитопровода с расположенными на нем обмотками низшего напряжения 3 и высшего напряжения 2 отводов и переключающего устройства.

Магнитопровод, набранный из отдельных тонких листов специальной трансформаторной стали, изолированных друг от друга покрытием, состоит из стержней, верхнего и нижнего ярма. Такая конструкция способствует уменьшению потерь на нагрев от перемагничивания (гистерезис) и вихревых токов.

Соединительные провода, идущие от концов обмоток и их ответвлений, предназначенные для регулирования напряжения, называют отводами, которые изготовляют из неизолированных медных проводов или проводов, изолированных кабельной бумагой либо гетинаксовой трубкой.

Условное обозначение трансформаторов

Структурная схема условного обозначения трансформатора

Буквенная часть условного обозначения должна содержать обозначения в следующем порядке:

  1. Назначению трансформатора (может отсутствовать)
    А — автотрансформатор
    Э — электропечной
  2. Количество фаз
    О — однофазный трансформатор
    Т — трехфазный трансформатор
  3. Расщепление обмоток (может отсутствовать)
    Р — расщепленная обмотка НН;
  4. Система охлаждения
    1. Сухие трансформаторы
      С — естественное воздушное при открытом исполнении
      СЗ — естественное воздушное при защищенном исполнении
      СГ — естественное воздушное при герметичном исполнении
      СД — воздушное с дутьем
    2. Масляные трансформаторы
      М — естественное масляное
      МЗ — с естественным масляным охлаждением с защитой при помощи азотной подушки без расширителя
      Д — масляное с дутьем и естественной циркуляцией масла
      ДЦ — масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла
      Ц — масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла
    3. С негорючим жидким диэлектриком (совтолом)
      Н — естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком
      НД — охлаждение негорючим жидким диэлектриком с дутьем
  5. Конструктивная особенность трансформатора (в обозначении может отсутствовать)
    Л — исполнение трансформатора с литой изоляцией;
    Т — трехобмоточный трансформатор (Для двухобмоточных трансформаторов не указывают);
    Н — трансформатор с ;
    З — трансформатор без расширителя и выводами, смонтированными во фланцах на стенках бака, и с азотной подушкой;
    Ф — трансформатор с расширителем и выводами, смонтированными во фланцах на стенках бака ;
    Г — трансформатор в гофробаке без расширителя — «герметичное исполнение»;
    У — трансформатор с симметрирующим устройством
    П — подвесного исполнения на опоре ВЛ
    э — трансформатор с пониженными потерями холостого хода (энергосберегающий)
  6. Назначение (в обозначении может отсутствовать)
    С — исполнение трансформатора для собственных нужд электростанций
    П — для линий передачи постоянного тока
    М — исполнение трансформатора для металлургического производства
    ПН — исполнение для питания погружных электронасосов
    Б — для прогрева бетона или грунта в холодное время года (бетоногрейный), такой же литерой может обозначаться трансформатор для буровых станков
    Э — для питания электрооборудования экскаваторов (экскаваторный)
    ТО — для термической обработки бетона и грунта, питания ручного инструмента, временного освещения

Для автотрансформаторов при классах напряжения стороны С.Н или НН 110 кВ и выше после класса напряжения стороны ВН через черту дроби указывают класс напряжения стороны СН или НН.

Примечание. Для трансформаторов, разработанных до 01.07.87, допускается указывать последние две цифры года выпуска рабочих чертежей.

Соответствие условных обозначений видов систем охлаждения, принятых по ГОСТ, СЭВ и МЭК.
Условное обозначение вида охлажденияВид системы охлаждения трансформатора
ГОСТСЭВ и МЭК
Сухие трансформаторы
СANЕстественное воздушное при открытом исполнении
СЗANANЕстественное воздушное при защищенном исполнении
СГЕстественное воздушное при герметичном исполнении
СДANAFВоздушное с принудительной циркуляцией воздуха
Масляные трансформаторы
МONANЕстественная циркуляция воздуха и масла
ДONAFПринудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла
МЦOFANЕстественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла
НМЦODANЕстественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла
ДЦOFAFПринудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла
НДЦODAFПринудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла
ЦOFWFПринудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла
НЦODWFПринудительная циркуляция воды и масла с направленным потоком масла
Трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком
НLNAFЕстественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком
НДLNAFОхлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха
ННДLDAFОхлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха и с направленным потоком жидкого диэлектрика

Трансформаторы с масляным охлаждением

Масляное охлаждение бывает:

естественное;

естественное с дутьем;

принудительное – с направленным движением масла;

принудительное с дутьем;

принудительное масляно-водяное.

Естественное масляное охлаждение

В таком трансформаторе обмотки погружены в масляный бак. Все тепло от магнитопровода и обмоток передается маслу. Оно течет по баку и радиаторным трубам и отдает тепло в окружающий воздух.

Чтобы трансформатор охлаждался интенсивнее, производители делают стенки бака гофрированными, добавляют в конструкцию трубы или радиаторы. Системой естественного масляного охлаждения комплектуются трансформаторы мощностью до 16000 кВА. Маркируют такие трансформаторы буквой «М».

Естественное масляное охлаждение с дутьем

При таком типе охлаждения на охладители и радиаторы трансформатора устанавливают вентилятор. Он забирает холодный воздух снизу и обдувает им нагретую часть трансформатора. При этом многие модели снабжены датчиком автоматического отключения дутья, когда нагрузка на трансформатор небольшая. Это тип дает достаточно интенсивное охлаждение, поэтому применяется для оборудования мощностью до 80000 кВА. Обозначаются такие трансформаторы буквами МД.

Принудительное охлаждение с дутьем

Эта система способна эффективно охлаждать оборудование мощностью 63000 кВА и выше. Она представляет собой охладитель – это тонкие трубки, в которые масло загоняет специальный насос. А снаружи на трубки дует вентилятор. Монтируют такую систему на одном фундаменте с трансформатором или на отдельном – рядом с баком. При маркировке трансформаторы с таким типом охлаждения обозначают «ДЦ». 

Схема охладителя системы ДЦ

1 – бак трансформатора, 2 – электронасос, 3 – адсорбный фильтр, 4 – охладитель, 5 – вентиляторы обдува

Принудительное масляно-водяное охлаждение

Масляно-водяное охлаждение имеет то же устройство, что и принудительное масляное с дутьем. Но охладитель состоит из трубок с водой, а между ними движется масло. Вода и масло в системе охладителя не смешиваются благодаря разнице в давлении – давление масла должно быть минимум на 0,02 Мпа больше.

Мы перечислили основные виды охлаждения в трансформаторе от простых до наиболее эффективных. Выбор типа охлаждения напрямую зависит от мощности трансформатора, термостойкости изоляции и нагрузок. Если у вас есть сомнения по поводу выбора системы охлаждения, мы рекомендуем обращаться непосредственно к производителю или к его официальному дистрибьютеру в вашем регионе.

Компоненты трансформатора

Вводы трансформатора

Подвод питающего напряжения и подключение нагрузки к трансформатору производится с помощью так называемых «вводов». Вводы в сухих трансформаторах могут быть выведены на клеммную колодку в виде болтовых контактов или соединителей с плоскими контактами и могут размещаться как снаружи так и внутри съёмного корпуса. В масляных (или заполненных синтетическими жидкостями) трансформаторах вводы располагаются только снаружи на крышку или на боковые стороны бака, а передача от внутренних обмоток через гибкие соединения (демпферы) на медные или латунные шпильки с нарезанной на них резьбой. Изолирование шпилек от корпуса осуществляется с помощью проходных изоляторов (изготовляемых из специального фарфора или пластмассы), внутри которых проходят шпильки. Уплотнение всех зазоров во вводах осуществляется прокладками из специальной маслобензостойкой резины.

Вводы силовых трансформаторов по конструктивному исполнению подразделяются:

  • Вводы с главной изоляцией фарфоровой покрышки
  • Вводы с маслобарьерной изоляцией
  • Конденсаторные проходные изоляторы
  • Вводы с бумажно-масляной изоляцией
  • Вводы с полимерной RIP-изоляцией (с полым изолятором или с прямым литьём изолятора)
  • Вводы с элегазовой изоляцией

Охладители

Охлаждающее оборудование забирает горячее масло в верхней части бака и возвращает охлаждённое масло в нижнюю боковую часть. Охлаждающий агрегат имеет вид двух масляных контуров с непрямым взаимодействием, один внутренний и один внешний контур. Внутренний контур переносит энергию от нагревающих поверхностей к маслу. Во внешнем контуре масло переносит тепло к вторичной охлаждающей среде. Трансформаторы обычно охлаждаются атмосферным воздухом.

Виды охладителей:

  1. Радиаторы, бывают разных типов. В основном они представляют собой множество плоских каналов в пластинах с торцевым сварным швом, которые соединяют верхний и нижний коллекторы.
  2. Гофрированный бак является одновременно и баком и охлаждающей поверхностью для распределительных трансформаторов малой и средней мощности. Такой бак имеет крышку, гофрированные стенки бака и нижнюю коробку.
  3. Вентиляторы. Для больших узлов возможно использование подвесных вентиляторов под радиаторами или сбоку от них для обеспечения принудительного движения воздуха и естественного масляного и принудительного воздушного (ONAF) охлаждения. Это может увеличить нагрузочную способность трансформаторов примерно на 25 %.
  4. Теплообменники с принудительной циркуляцией масла, воздуха. В больших трансформаторах отведение тепла при помощи естественной циркуляции<span title=»Статья «естественная циркуляция» в русском разделе отсутствует»>ru</span>en через радиаторы требует много места. Потребность в пространстве для компактных охладителей намного ниже, чем для простых радиаторных батарей. С точки зрения экономии места может оказаться выгодным использовать компактные охладители со значительным аэродинамическим сопротивлением, что требует применения принудительной циркуляции масла с помощью насоса и мощных вентиляторов для нагнетания воздуха.
  5. Масляно-водяные охладители, как правило, представляют собой цилиндрические трубчатые теплообменники со съёмными трубками. Такие теплообменники очень распространены и представляют собой классическую технологию. Они имеют разнообразное применение в промышленности. Более современные конструкции, например, плоские теплообменники мембранного типа, ещё не вошли в практику.
  6. Масляные насосы. Циркуляционные насосы для масляного охлаждающего оборудования — это специальные компактные, полностью герметичные конструкции. Двигатель погружён в трансформаторное масло; сальниковые коробки отсутствуют.

Оборудование для регулирования напряжения

Основная статья: Регулирование напряжения трансформатора

Большинство трансформаторов оборудовано приспособлениями для изменения коэффициента трансформации путём добавления или отключения числа части витков обмотки.

В зависимости от конструкции регулирование напряжения трансформатора на вторичных обмотках может производиться с помощью переключателя числа витков трансформатора либо болтовыми соединениями путём выбора положения перемычек или подключением соответствующего вывода из соответствующего набора при обесточенном и заземлённом трансформаторе. С помощью таких регулирующих устройств напряжение на вторичных обмотках меняется в небольших пределах.

Разновидности переключателей числа витков трансформатора:

  1. Переключатели числа витков без нагрузки — переключатели без возбуждения (ПБВ)
  2. Переключатели числа витков под нагрузкой — регулирование под нагрузкой (РПН)
Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий