Силовой трансформатор 17: вопросы и ответы! Проверьте свои знания...

01

Почему сердечник трансформатора должен быть заземлен?

При нормальной работе силового трансформатора железный сердечник должен быть надежно заземлен. Если заземление отсутствует, напряжение между сердечником и землей вызовет периодический пробой и разряд сердечника в землю, а возможность образования потенциала между сердечниками и землей исключается после заземления. Однако, если сердечник заземлен более чем в двух точках, неравномерность потенциала между сердечниками создаст циркуляцию между точками заземления и вызовет перегрев сердечника из-за многоточечного заземления.

Замыкание на землю железного сердечника трансформатора приводит к локальному перегреву сердечника. В серьезных случаях это может вызвать локальное повышение температуры железного сердечника, легкое газообразование и даже аварийное отключение из-за сильного газообразования. Короткое замыкание между железными стружками, образующееся из-за частичного сгорания железного сердечника, увеличивает потери в железе и серьезно влияет на производительность и нормальную работу трансформатора, поэтому для ремонта необходима замена листовой стали с кремнеземным сердечником. Поэтому в трансформаторах не допускается многоточечное заземление, допускается только одноточечное заземление.

02

Почему в трансформаторах в качестве сердечников используются листы кремнистой стали?

Обычно сердечник трансформатора изготавливается из листовой кремниевой стали. Кремниевая сталь — это разновидность кремниевой стали, содержание кремния в которой составляет от 0,8 до 4,8 %. Сердечник трансформатора изготавливается из кремниевой стали, поскольку сама кремниевая сталь является магнитным материалом с высокой магнитной проводимостью. В находящейся под напряжением катушке она может создавать большую интенсивность магнитной индукции, что позволяет уменьшить габариты трансформатора.

Как известно, трансформатор всегда работает в режиме переменного тока, и потери мощности происходят не только в сопротивлении катушки, но и в железном сердечнике, намагничиваемом переменным током. Потери мощности в железном сердечнике обычно называют «потерями в железе». Потери в железе вызваны двумя причинами: «гистерезисными потерями» и «потерями от вихревых токов».

Гистерезисные потери — это потери в железе, вызванные явлением гистерезиса в процессе намагничивания железного сердечника. Величина этих потерь пропорциональна площади, окружающей петлю гистерезиса материала. Петля гистерезиса кремнистой стали узкая, и гистерезисные потери железного сердечника, используемого в трансформаторах, малы, что позволяет значительно снизить степень его нагрева.

Поскольку кремнистая сталь обладает вышеперечисленными преимуществами, почему бы не использовать всю кремнистую сталь в качестве основы, а также перерабатывать ее в листы?

Это происходит потому, что пластинчатый сердечник уменьшает другой вид потерь в железе, называемый вихревыми токами. При работе трансформатора в катушке протекает переменный ток, который создает магнитный поток, разумеется, переменный. Этот изменяющийся поток создает индуцированный ток в железном сердечнике. Индуцированный ток, генерируемый в железном сердечнике, циркулирует в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного потока, поэтому он называется вихревым током. Потери от вихревых токов также нагревают сердечник. Для уменьшения потерь от вихревых токов железный сердечник трансформатора состоит из слоев кремнеземной стали, изолированных друг от друга, так что вихревой ток проходит через небольшой участок в длинной и узкой цепи, увеличивая сопротивление на пути вихревого тока. В то же время кремний в кремнеземной стали увеличивает удельное сопротивление материала и также играет роль в уменьшении вихревых токов.

Для изготовления сердечника трансформатора обычно используется холоднокатаный лист кремнистой стали толщиной 0,35 мм. В зависимости от требуемого размера сердечника его разрезают на длинные листы, которые затем накладываются друг на друга, образуя форму «солнца» или «горловины». В принципе, для уменьшения вихревых токов, чем тоньше лист кремнистой стали, тем уже соединительная полоса и тем лучше эффект. Это не только снижает потери от вихревых токов и повышение температуры, но и экономит материал листа кремнистой стали. Однако на практике при изготовлении сердечника из листовой кремнистой стали, помимо вышеупомянутых преимуществ, производство сердечника требует значительного увеличения трудозатрат и уменьшения эффективного поперечного сечения. Поэтому при изготовлении сердечника трансформатора из листовой кремнистой стали следует исходить из конкретной ситуации, взвесить преимущества и недостатки и выбрать оптимальный размер.

03

В чём заключается сфера применения газовой защиты?

1) Многофазное короткое замыкание внутри трансформатора.

2) Короткое замыкание между витками, короткое замыкание между обмоткой и железным сердечником или корпусом.

3) Разрушение железного сердечника.

4) Масло под поверхностью или утечка масла.

5) Плохой контакт переключателя ответвления или ненадежная сварка проволоки.

04

В чём разница между дифференциальной защитой главного трансформатора и газовой защитой?

1. Дифференциальная защита главного трансформатора разработана и изготовлена ​​по принципу циркуляционного тока, а защита от газа разработана и изготовлена ​​с учетом характеристик газа, образующегося или разлагающегося при внутренних отказах трансформатора.

2. Дифференциальная защита является основной защитой трансформатора, а газовая защита — основной защитой от внутренних замыканий трансформатора.

3. В зависимости от объема защиты:

Дифференцированная защита:

1) В главном выводе трансформатора и обмотке трансформатора произошло многофазное короткое замыкание.

2) серьёзное однофазное межвитковое короткое замыкание.

3) Замыкание на землю защитной катушки и выводного провода в системе заземления с высоким током.

Защита от газа B:

1) Внутреннее многофазное короткое замыкание трансформатора.

2) короткое замыкание между витками, между витками и сердечником или снаружи и короткое замыкание.

3) Разрушение железного сердечника (потери тепла и выгорание).

4) Масло под поверхностью или утечка масла.

5) Плохой контакт переключателя ответвления или некачественная сварка проволоки.

05

Как устранить неисправность главного охладителя трансформатора?

1. При потере рабочего питания секций I и II охладителя будет отправлен сигнал «сбой питания №1, №2». Главный трансформаторный охладитель остановится, и сработает цепь защиты.

2. В случае отказа импульсного источника питания в секциях I и II во время работы загорается индикатор «полная остановка охладителя», после чего включается цепь отключения охладителя главного трансформатора. О срабатывании защиты необходимо немедленно сообщить диспетчеру, отключить ее и быстро выполнить ручное переключение.

3. При выходе из строя любого из контуров охлаждения необходимо изолировать неисправный контур.

06

Каковы последствия параллельной работы трансформаторов, не соответствующих условиям параллельной работы?

При неравномерном передаточном отношении и параллельной работе возникает циркуляция, влияющая на выходную мощность трансформатора. Если процентное сопротивление непостоянно и происходит параллельная работа, нагрузка не может быть распределена пропорционально мощности трансформатора, что также влияет на его выходную мощность. При параллельной работе проводов с неравномерным сопротивлением происходит короткое замыкание трансформатора.

07

Что вызывает ненормальный звук трансформатора?

1) перегрузка;

2) Плохой внутренний контакт, возгорание разряда;

3) Некоторые детали расшатаны;

4) В системе имеется заземление или короткое замыкание;

5) Запуск мощных двигателей вызывает относительно большие изменения нагрузки.

08

В каких случаях регулировка переключателя отводов регулятора напряжения под нагрузкой трансформатора запрещена?

1) Работа трансформатора при перегрузке (за исключением особых случаев)

2) При частом появлении сигнала защиты от легкого газа в устройстве регулирования давления под нагрузкой.

3) когда на отметке уровня масла в регулирующем устройстве давления под нагрузкой отсутствует масло.

4) Когда количество регулирующих давлений превышает установленное значение.

5) Аномальное срабатывание устройства регулирования давления.

09

Какие номинальные параметры указаны на паспортной табличке трансформатора?

Номинальные характеристики трансформатора — это установленные производителем нормы для нормальной эксплуатации трансформатора. Трансформатор, работающий в указанных номинальных условиях, обеспечивает надежную и долговечную работу, а также хорошие эксплуатационные характеристики. К номинальным характеристикам относятся следующие:

1. Номинальная мощность: трансформатор в номинальном состоянии имеет гарантированное значение выходной мощности, измеряемое в вольт-амперах (ВА), киловольт-амперах (кВА) или мегавольт-амперах (МВА). Поскольку трансформатор обладает высокой эффективностью работы, обычно расчетное значение номинальной мощности исходной и вторичной обмоток одинаково.

2. Номинальное напряжение: обозначает гарантированное значение напряжения на клеммах трансформатора при отсутствии нагрузки, выраженное в вольтах (В) и киловольтах (кВ). Если не указано иное, номинальное напряжение — это напряжение на клеммах трансформатора.

3. Номинальный ток: обозначает линейный ток, рассчитанный исходя из номинальной мощности и номинального напряжения, выраженный в амперах (А).

4. Ток холостого хода: ток возбуждения трансформатора в режиме холостого хода в процентах от номинального тока.

5. Потери при коротком замыкании: короткое замыкание на одной стороне обмотки приводит к тому, что на другой стороне обмотки возникает напряжение, так что потери активного тока на обеих сторонах обмотки достигают номинального значения, выраженного в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт).

6. Потери холостого хода: относятся к потерям активной мощности трансформатора при работе без нагрузки, выраженным в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт).

7. Напряжение короткого замыкания: также известное как напряжение импеданса, относится к случаю короткого замыкания одной стороны обмотки и достижения номинальной силы тока на другой стороне обмотки, а также к номинальному проценту напряжения.

8. Группа соединений: указывает режим соединения первичной и вторичной обмоток, а также разность фаз между линейными напряжениями, которая обозначается тактовым сигналом.

10

Почему преобразователям тока необходима большая трансформаторная мощность?

Трансформаторы обычно проектируются на номинальную мощность, а не на номинальную мощность, поскольку их ток зависит только от номинальной мощности. Для преобразователей напряжения номинальная мощность и номинальная мощность практически равны, поскольку коэффициент мощности на входе близок к 1. Преобразователь тока — нет, коэффициент мощности его трансформатора на входе в лучшем случае равен коэффициенту мощности нагрузки асинхронного двигателя, поэтому для двигателя с одинаковой нагрузкой его номинальная мощность больше, чем у трансформатора преобразователя напряжения.

11

С чем связана мощность трансформатора?

Выбор железного сердечника связан с напряжением, а выбор проволоки — с током, то есть толщина проволоки напрямую связана с теплотворной способностью. Иными словами, мощность трансформатора зависит только от теплотворной способности. Для спроектированного трансформатора, если теплоотвод в окружающей среде недостаточен, и его мощность составляет 1000 кВА, то при повышении теплоотводящей способности он может работать при мощности 1250 кВА.

Кроме того, номинальная мощность трансформатора также связана с допустимым повышением температуры. Например, если для трансформатора мощностью 1000 кВА допустимое повышение температуры составляет 100 К, то если при особых условиях допускается работа при температуре до 120 К, его мощность превышает 1000 кВА. Также видно, что улучшение условий теплоотвода трансформатора позволяет увеличить его номинальную мощность. И наоборот, при той же мощности преобразователя можно уменьшить объем трансформаторного шкафа.

12

Как повысить эффективность трансформатора?

1) Старайтесь выбирать трансформаторы с низкими потерями, высокой эффективностью и энергосбережением.

2) В зависимости от нагрузки выберите трансформатор подходящей мощности.

3) Средний коэффициент нагрузки трансформатора должен превышать 70%.

4) Если средний коэффициент нагрузки часто составляет менее 30%, трансформатор малой мощности следует заменить соответствующим образом.

5) Улучшить коэффициент мощности нагрузки для повышения способности трансформатора передавать активную мощность.

6) Рациональная конфигурация нагрузки, по возможности с целью сокращения количества включений трансформаторов.

13

Почему необходимо ускорить техническую модернизацию распределительных трансформаторов с высоким энергопотреблением?

К распределительным трансформаторам с высоким энергопотреблением относятся в основном трансформаторы серий SJ, SJL, SL7, S7 и другие. Потери в железе и меди у них значительно выше, чем у широко используемых в настоящее время трансформаторов серии S9. Например, у S7 потери в железе на 11% выше, а потери в меди на 28% выше, чем у S9.

Новые трансформаторы, такие как S10, S11, более энергоэффективны, чем S9, а потери в железе трансформаторов из аморфного сплава эквивалентны только S7 (20%). Трансформаторы, как правило, имеют срок службы в несколько десятилетий. Замена энергоемких трансформаторов на высокоэффективные энергосберегающие трансформаторы позволяет не только повысить эффективность преобразования энергии, но и сэкономить электроэнергию в течение всего срока службы.

14

Что такое вихревые токи? Каковы вредные последствия образования вихрей?

Когда по проводу проходит переменный ток, вокруг него создаётся переменное магнитное поле. Весь проводник в этом переменном магнитном поле будет создавать внутри себя индуцированный ток, поскольку этот индуцированный ток образует замкнутый контур, подобный вихрю в воде. Вихревые токи не только приводят к потере энергии и снижению эффективности электрооборудования, но и вызывают нагрев электроприборов (например, сердечника трансформатора), что серьёзно влияет на нормальную работу оборудования.

15

Почему трансформаторная защита от переходных процессов должна предотвращать короткое замыкание при низком напряжении?

В основном, учитывая избирательность срабатывания релейной защиты, в первую очередь, применяется защита от короткого замыкания на стороне высокого напряжения. Жесткая внешняя защита от неисправностей трансформатора заключается в том, что если не исключить установку максимального тока короткого замыкания на стороне низкого напряжения, поскольку значение тока короткого замыкания на стороне низкого напряжения невелико, это приведет к снижению давления защиты от короткого замыкания на стороне высокого напряжения и, следовательно, к потере избирательности. После потери избирательности защита становится более надежной, но при этом возникают неудобства. Например, сейчас во многих промышленных цехах всегда установлены трансформаторные подстанции 10 кВ (шина 10 кВ + автоматический выключатель), а в каждом цехе – трансформаторные подстанции низкого напряжения (кольцевой распределительный шкаф + трансформатор). Если автоматический выключатель не исключает максимальный ток короткого замыкания на стороне низкого напряжения трансформатора, это приведет к срабатыванию главного выключателя низкого напряжения (предохранитель нагрузки кольцевого распределительного шкафа) и высоковольтного автоматического выключателя, что создаст неудобства в эксплуатации.

16

Почему нельзя одновременно заземлить два параллельно соединенных трансформатора?

В системах с высокими токами, для обеспечения соответствия требованиям координации чувствительности релейной защиты, одна часть главного трансформатора заземлена, а другая — нет.

Нейтральные точки двух главных трансформаторов на одной подстанции не заземлены одновременно, поэтому основное внимание уделяется координации защиты от тока нулевой последовательности и защиты от напряжения нулевой последовательности.

На подстанции с несколькими трансформаторами, работающими параллельно, одна часть нейтральных точек трансформатора заземлена, а другая — нет. Таким образом, уровень тока замыкания на землю может быть ограничен в разумных пределах, а величина и шаг тока нулевой последовательности всей сети не зависят от изменения режима работы, что повышает чувствительность системы защиты от тока нулевой последовательности.

17

Почему перед вводом в эксплуатацию вновь установленного или отремонтированного трансформатора необходимо проводить испытание на ударное замыкание?

Демонтаж трансформаторов холостого хода, работающих в сети, приведет к перенапряжению в рабочем состоянии. В низкотоковых заземленных системах амплитуда так называемого перенапряжения может в 3-4 раза превышать номинальное фазное напряжение; в крупных заземленных системах перенапряжение в рабочем состоянии может достигать 3-кратного значения номинального фазного напряжения. Поэтому, чтобы проверить, выдерживает ли изоляция трансформатора номинальное напряжение и перенапряжение в рабочем состоянии, перед вводом трансформатора в эксплуатацию следует провести несколько испытаний на ударное включение. Кроме того, на входе трансформатора холостого хода будет возникать пусковой ток, значение которого может достигать 6-8 раз номинального тока. Поскольку пусковой ток возбуждения генерирует большую электрическую мощность, необходимо проводить испытания на ударное включение или проверять механическую прочность трансформатора и эффективность релейной защиты.

Источник: Windows on Power