Funktionsprinzip und Grundkenntnisse über Transformatoren

2. Die Nennleistung und die Kurzschlussspannung von drei Dreiphasentransformatoren mit gleichem Übersetzungsverhältnis und gleicher Anschlussgruppe betragen jeweils:

Nach dem Parallelbetrieb beträgt die Last 55000 VA.

F: ① Die von jedem Transformator verteilte Last?

② Welche maximale Gesamtlast können drei Transformatoren ohne Überlastung tragen?

③ Wie hoch ist die Auslastung der gesamten Anlagenkapazität des Transformators?

Antwort

Verteilungsverhältnis jedes Transformators:

Nach dem Parallelbetrieb beträgt die Last 5500 kVA.

F: ① Die von jedem Transformator verteilte Last?

② Welche maximale Gesamtlast können drei Transformatoren ohne Überlastung tragen?

③ Wie hoch ist die Auslastung der gesamten Anlagenkapazität des Transformators?

Antwort

3. Worin unterscheiden sich Spartransformatoren von herkömmlichen Transformatoren?

Antwort: Der Unterschied zwischen einem Spartransformator und einem herkömmlichen Transformator besteht darin:

(1) Seine Primär- und Sekundärseite sind nicht nur magnetisch, sondern auch elektrisch verbunden, während gewöhnliche Transformatoren nur magnetisch verbunden sind.

(2) Die Leistung der Stromversorgung über den Transformator setzt sich aus zwei Teilen zusammen: der elektromagnetischen Induktionsleistung zwischen der Primärwicklung und der gemeinsamen Wicklung und der Leitungsleistung, die direkt von der Primärwicklung geleitet wird.

(3) Da die Wicklung des Spartransformators aus einer Primärwicklung und einer gemeinsamen Wicklung besteht, ist die Windungszahl der Primärwicklung entsprechend geringer als die Windungszahl und -höhe der Primärwicklung des herkömmlichen Transformators, ebenso wie der Strom in der gemeinsamen Wicklung und die erzeugte Streureaktanz. Die Kurzschlussreaktanz X des Spartransformators beträgt das (1-1/K)-fache der Kurzschlussreaktanz X des herkömmlichen Transformators, wobei K das Übersetzungsverhältnis ist.

(4) Ist der Spartransformator mit einer dritten Wicklung ausgestattet, belegt diese die gemeinsame Wicklungskapazität. Dies beeinflusst die Betriebsart und die Austauschleistung des Spartransformators.

(5) Da der Neutralpunkt des Spartransformators geerdet sein muss, ist die Einstellung und Konfiguration des Relaisschutzes kompliziert.

(6) Der Spartransformator ist klein, leicht, einfach zu transportieren und kostengünstig.

4. Auf welche Probleme sollte beim Betrieb eines Spartransformators geachtet werden?

Antwort: Probleme, die beim Betrieb des Spartransformators zu beachten sind:

(1) Da die Primär- und Sekundärseite des Spartransformators eine direkte elektrische Verbindung aufweisen, muss der Neutralpunkt des im Stromnetz verwendeten Spartransformators zuverlässig und direkt geerdet sein, um einen Spannungsanstieg auf der Niederspannungsseite aufgrund eines einphasigen Erdschlusses auf der Hochspannungsseite zu verhindern.

(2) Aufgrund der direkten elektrischen Verbindung zwischen Primär- und Sekundärseite kann eine Überspannung auf der Hochspannungsseite zu einer erheblichen Überspannung auf der Niederspannungsseite führen. Um diese Gefahr zu vermeiden, müssen Blitzableiter sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite installiert werden.

(3) Da die Kurzschlussimpedanz des Spartransformators klein und sein Kurzschlussstrom größer als der eines gewöhnlichen Transformators ist, müssen gegebenenfalls Maßnahmen zur Begrenzung des Kurzschlussstroms ergriffen werden.

(4) Während des Betriebs ist der Strom der gemeinsamen Wicklung zu überwachen, um sicherzustellen, dass er unterhalb des Laststroms liegt. Gegebenenfalls kann die Betriebsweise der dritten Wicklung angepasst werden, um die Austauschleistung des Spartransformators zu erhöhen.

5. Zeichnen Sie den Spartransformator O - Y0 mit der dritten Wicklung / Δ-Verdrahtungsplan und Vektordiagramm von 12-11

Antwort:

Schaltplan

Potenzialvektordiagramm

6. Welche Arten der Spannungsregelung von Transformatoren gibt es? Warum befinden sich die Transformatoranzapfungen auf der Hochspannungsseite?

Antwort: Es gibt zwei Spannungsregelungsmodi des Transformators: Spannungsregelung unter Last und Spannungsregelung ohne Last.

Spannungsregelung unter Last bedeutet, dass der Transformator während des Betriebs seine Anzapfposition anpassen und dadurch das Übersetzungsverhältnis ändern kann, um die Spannung zu regeln. Es gibt zwei Arten der Spannungsregelung unter Last: die Regelung der Netzanschlussspannung und die Regelung der Neutralpunktspannung. Der Unterschied liegt darin, ob der Transformatorabgriff am Netzanschluss der Hochspannungswicklung oder am Neutralpunkt der Hochspannungswicklung liegt. Die Anzapfung am Neutralpunkt reduziert die Isolationsfestigkeit des Transformatorabgriffs, was deutliche Vorteile bietet. Allerdings muss der Neutralpunkt des Transformators während des Betriebs direkt geerdet sein.

Die Leerlaufspannungsregelung bezieht sich auf die Regelung der Stufenschalterstellung des Transformators im Falle eines Stromausfalls und bei Wartungsarbeiten, um das Übersetzungsverhältnis des Transformators zu ändern und so die Spannungsregelung zu erreichen.

Der Abgriff des Transformators wird im Allgemeinen auf der Hochspannungsseite vorgenommen, wobei vor allem Folgendes zu berücksichtigen ist:

(1) Die Hochspannungswicklung des Transformators befindet sich im Allgemeinen außen, und der Abgriffsanschluss ist bequem.

(2) Der Strom auf der Hochspannungsseite ist geringer, und der Leiterquerschnitt des stromführenden Teils der abgehenden Leitung sowie des Stufenschalters ist kleiner. Die Auswirkungen eines schlechten Kontakts lassen sich so leicht beheben.

Prinzipiell kann der Abgriff an jeder beliebigen Seite liegen; ein wirtschaftlicher und technischer Vergleich ist durchzuführen. Beispielsweise wird der Abgriff eines 500-kV-Großtransformators auf der 220-kV-Seite entnommen, während die 500-kV-Seite feststeht.

7. Was ist Transformatorübererregung? Wie kommt es zu einer Transformatorübererregung?

Antwort: Steigt die Spannung des Transformators oder sinkt die Frequenz, erhöht sich die magnetische Flussdichte. Die Sättigung des Transformatorkerns wird als Übererregung bezeichnet.

Nach einer Unterbrechung des Stromnetzes aufgrund eines Unfalls können Lastabwurfüberspannungen, ferromagnetische Resonanzüberspannungen, eine unsachgemäße Einstellung der Transformatorstufenanschlüsse, ein leerer Transformator am Ende einer langen Leitung oder andere Fehlfunktionen, ein vorzeitiger Anstieg des Erregerstroms, bevor die Generatorfrequenz den Nennwert erreicht, eine Selbsterregung des Generators und andere Zustände in einigen Systemen eine höhere Spannung erzeugen, die zu einer Übererregung des Transformators führt.

8. Welche Folgen kann eine Übererregung des Transformators haben? Wie lässt sie sich vermeiden?

Antwort: Überschreitet die Transformatorspannung 10 % der Nennspannung, gerät der Transformatorkern in Sättigung und die Eisenverluste steigen. Magnetische Streuung erhöht die Wirbelstromverluste in metallischen Bauteilen wie dem Gehäuse, was zu Überhitzung, Alterung der Isolierung und damit zu einer verkürzten Lebensdauer des Transformators führen und ihn sogar durchbrennen lassen kann.

Vermeidung:

(1) Betrieb mit zu hoher Spannung vermeiden. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Spannung, desto schwerwiegender die Übererregung und desto kürzer die zulässige Betriebszeit.

(2) Hinzufügen eines Übererregungsschutzes: Senden eines Alarmsignals oder Abschalten des Transformators entsprechend der Transformatorkennlinie und verschiedenen zulässigen Übererregungsfaktoren.

9. Welche Sicherheitsvorkehrungen sind für die Transformatorgehäusestruktur getroffen? Was ist ihre Hauptfunktion?

Antwort: Zu den Schutzeinrichtungen im Transformatorgehäuse gehören:

(1) Restaurator

Seine Kapazität beträgt etwa 8–10 % des Transformatoröls. Seine Funktion besteht darin, die durch Temperaturänderungen bedingte Volumenänderung des Transformatoröls auszugleichen, den Kontakt zwischen Transformatoröl und Luft zu begrenzen und den Feuchtigkeitsgehalt und die Oxidation des Öls zu reduzieren. Ein Feuchtigkeitsabsorber ist am Ausgleichsbehälter installiert, um das Eindringen von Luft in den Transformator zu verhindern.

(2) Feuchtigkeitsabsorber und Ölreiniger

Der Feuchtigkeitsabsorber, auch Atemschutzmaske genannt, ist mit einem Adsorptionsmittel gefüllt, das aus aktiviertem Aluminiumoxid vom Typ Kieselgel besteht. Oft wird ihm auch etwas verfärbtes Kieselgel zugegeben. Verfärbt sich das blaue Gel rot, ist das Adsorptionsmittel durch Feuchtigkeit beeinträchtigt und muss getrocknet oder ausgetauscht werden.

Der Ölreiniger wird auch Filter genannt. Der Zylinder für sauberes Öl ist mit einem Adsorptionsmittel gefüllt, das aus aktiviertem Aluminiumoxid und Kieselgel besteht. Wenn das Öl den Ölreiniger durchströmt und mit dem Adsorptionsmittel in Kontakt kommt, werden Wasser, Säuren und Oxide absorbiert. Dadurch wird das Öl gereinigt und seine Lebensdauer verlängert.

(3) Explosionsgeschütztes Rohr (Sicherheitsluftweg)

Das explosionsgeschützte Rohr ist auf dem Deckel des Transformatorbehälters als Entlastungsschutz gegen hohen Druck im Öltank im Falle eines internen Defekts des Transformators installiert.

Das Druckbegrenzungsventil wird in modernen Großtransformatoren anstelle des Sicherheitsluftkanals eingesetzt. Steigt der interne Fehlerdruck im Transformator an, öffnet sich das Druckbegrenzungsventil und die Kontakte werden für Alarmierung oder Auslösung geschlossen.

Darüber hinaus verfügt der Transformator über einen Gasschutz, ein Thermometer, einen Ölzähler und weitere Sicherheitseinrichtungen.

10. Worin besteht der Unterschied zwischen Spannungswandlern und Stromwandlern hinsichtlich ihrer Funktionsprinzipien?

Antwort: Spannungswandler werden hauptsächlich zur Messung von Spannungen verwendet, Stromwandler hingegen zur Messung von Strömen.

(1) Die Sekundärseite eines Stromwandlers darf kurzgeschlossen, aber nicht unterbrochen werden; die Sekundärseite eines Spannungswandlers darf unterbrochen, aber nicht kurzgeschlossen werden.

(2) Im Vergleich zur Last auf der Sekundärseite ist die primäre Innenimpedanz des Spannungswandlers so klein, dass sie vernachlässigt werden kann, und der Spannungswandler kann als Spannungsquelle betrachtet werden; Der primäre Innenwiderstand des Stromwandlers ist so groß, dass er als Stromquelle mit unendlichem Innenwiderstand betrachtet werden kann.

(3) Im Normalbetrieb des Spannungswandlers liegt die magnetische Flussdichte nahe am Sättigungswert, und die Spannung sinkt bei einem Systemausfall. Die magnetische Flussdichte nimmt ab und ist im Normalbetrieb des Stromwandlers sehr gering. Bei einem Kurzschluss steigt der Strom auf der Primärseite, wodurch die magnetische Flussdichte stark ansteigt und mitunter sogar den Sättigungswert überschreitet. Dies führt zu einer Erhöhung des Fehlers des Sekundärausgangsstroms. Daher sollte ein Stromwandler gewählt werden, der nicht leicht in die Sättigung gerät.