О компании Canwin Хотите узнать, как устроена конструкция трансформаторов? Руководство пользователя | Canwin

02 Форма железного сердечника

Железный сердечник состоит из железного стержня и железного ярма. Железный стержень покрыт обмотками, а железное ярмо соединяет его с стержнем, образуя замкнутую магнитную цепь.

На фиг. 1А показан однофазный трансформатор, на фиг. 1Б — трехфазный трансформатор. Железный сердечник можно разделить на две части: C — часть обмотки, известная как сердечник, и Y — часть, используемая для замыкания магнитной цепи, называемая железным ярмом. Однофазный трансформатор имеет два сердечника, трехфазный трансформатор — три сердечника.

Поскольку магнитный поток в железном сердечнике трансформатора является переменным, для уменьшения потерь от вихревых токов железный сердечник трансформатора обычно изготавливается из листовой стали с высоким удельным сопротивлением и определенным размером железной стружки. Листовая сталь, из которой состоит железный сердечник, сначала вырезается до необходимой формы и размера, то есть из штампованных листов, а затем соединяется с штампованными листами внахлест. На рисунке 2А показан железный сердечник однофазного трансформатора. Каждый слой состоит из 4 штампованных листов. На рисунке 2б показан железный сердечник трехфазного трансформатора, каждый слой состоит из 6 частей, а соединение штампованных частей каждого из двух слоев осуществляется различными способами, чтобы обеспечить шахматное расположение магнитных цепей каждого слоя. Этот метод сборки называется нахлестной сборкой, что позволяет избежать протекания вихревых токов между стальными листами. Кроме того, поскольку слои переплетаются и вставляются, можно использовать меньше крепежных элементов, что упрощает конструкцию при прессовании сердечника. При сборке сначала детали, вырезанные методом штамповки, накладываются друг на друга, образуя цельный железный сердечник, затем зажимается нижний ярмо, детали верхнего ярма вытягиваются, обнажая колонну железного сердечника, на колонну железного сердечника устанавливаются предварительно изготовленные обмотки, и, наконец, вставляются вытянутые детали верхнего ярма.

В зависимости от расположения обмоток в сердечнике трансформаторы делятся на два типа: с сердечником и без него. Разница заключается главным образом в распределении магнитной цепи: в трансформаторах с безсердечником сердечник окружает катушку, в трансформаторах с сердечником большая часть катушки находится внутри, а только часть катушки выходит за пределы железного сердечника, образуя магнитную петлю.

03. Теплоотвод железного сердечника

При нормальной работе трансформатора железный сердечник выделяет тепло из-за потерь железа, и чем больше вес и объем сердечника, тем больше тепла выделяется. Температура трансформаторного масла выше 95 градусов способствует старению, поэтому температуру поверхности сердечника следует контролировать как можно ниже этой отметки, что требует наличия теплоотводящей конструкции сердечника для быстрого отвода тепла. Теплоотводящая конструкция в основном предназначена для увеличения площади теплоотводящей поверхности сердечника. Теплоотвод железного сердечника в основном включает в себя теплоотвод через каналы для масла железного сердечника и теплоотвод через воздушные каналы железного сердечника.

В трансформаторах большой мощности с масляным охлаждением между слоями железного сердечника часто располагаются масляные канавки для повышения эффективности теплоотвода. Масляные канавки бывают двух типов: одни параллельны листу кремнистой стали, другие — перпендикулярны ему, как показано на фиг. 4. Последний вариант обеспечивает лучший эффект теплоотвода, но имеет более сложную конструкцию.

Железный сердечник сухого трансформатора охлаждается воздухом. Для обеспечения того, чтобы температура железного сердечника не превышала допустимое значение, в колонне сердечника и железном ярме часто устанавливаются воздуховоды.

04 Шум железного сердечника

Трансформаторы издают шум во время работы. Источником шума трансформатора является магнитострикция листовой стали с кремнеземным сердечником, или, другими словами, шум сердечника трансформатора в основном вызван магнитострикцией. Магнитострикция — это увеличение размеров листовой стали с кремнеземным сердечником вдоль линии магнитной индукции при возбуждении железного сердечника. Уменьшение размеров листовой стали в направлении, перпендикулярном линии магнитной индукции, называется магнитострикцией. Кроме того, структура и геометрические размеры железного сердечника, а также технология его обработки и изготовления оказывают определенное влияние на уровень шума.

Уровень шума железного сердечника можно снизить с помощью следующих технических мер:

(1) Используйте высококачественный лист кремнистой стали с малым значением магнитострикции ε.

(2) Снизить плотность магнитного потока сердечника.

(3) Улучшить структуру железного сердечника.

(4) Выберите разумный размер сердцевины.

(5) Внедрить передовые технологии обработки.

05 Заземление железного сердечника

В нормальном режиме работы трансформатора электрическое поле, образующееся между электризованными обмотками и выводами и масляным баком, является неравномерным, и железный сердечник и его металлические части находятся в этом электрическом поле. Из-за разности потенциалов электростатической индукции потенциалы не одинаковы, поэтому потенциалы подвеса железного сердечника и его металлических компонентов также не одинаковы. Когда разность потенциалов между этими двумя точками может привести к пробою изоляции между ними, возникнет искровой разряд. Этот разряд может повредить трансформаторное масло и твердую изоляцию. Чтобы избежать этого, необходимо надежно заземлить как сердечник, так и его металлические компоненты.

Сердечник должен быть заземлен в одной точке. Когда железный сердечник или другие металлические компоненты имеют две или более точек заземления, точки заземления образуют замкнутый контур, создавая циркуляцию, ток может иногда достигать десятков ампер, что вызовет локальный перегрев, приведет к разложению масла, а также может вызвать плавление заземляющего элемента и выгорание железного сердечника. Это недопустимо. Поэтому сердечник должен быть заземлен, и заземление должно быть минимальным.

II. Конструкция обмотки трансформатора

Функция обмотки 01

Обмотка — это основная часть трансформатора, она служит для создания магнитного поля и передачи электрической энергии по цепи. Обычно она обматывается изоляционной бумагой, медным или алюминиевым проводом и устанавливается в сердечник трансформатора. Сердечник трансформатора должен обладать достаточной прочностью изоляции, механической прочностью и термостойкостью.

Тип обмотки

Структура обмоток трансформатора, как правило, делится на две категории: слоистая и блочная. Слоистая структура подразумевает непрерывное расположение витков обмотки вдоль её оси; она обычно используется в силовых трансформаторах с низкими потерями серий S8 и S9; блочная структура подразумевает непрерывную намотку в виде блочного сегмента вдоль радиального направления, состоящего из множества сегментов, расположенных вдоль осевого направления. Она обычно используется в больших и сверхбольших трансформаторах с высоким напряжением 110 кВ и выше.

В основном, обмотки силовых трансформаторов, производимых в Китае, имеют концентрическую структуру. Концентрическая обмотка означает, что обмотки намотаны снаружи сердечника одинаковой цилиндрической линией в любом поперечном сечении сердечника. Между высоковольтными и низковольтными обмотками, а также между низковольтными обмотками и железным сердечником должен быть определенный изоляционный зазор и канал для отвода тепла (масляный канал), разделенные изолированной картонной трубкой. Расстояние изоляции зависит от уровня напряжения обмотки и требуемого зазора для канала отвода тепла. Когда низковольтная обмотка размещается внутри, близко к сердечнику, требуемое расстояние изоляции между ней и сердечником относительно невелико, поэтому размер обмотки может быть уменьшен, а значит, и габариты трансформатора.

Трехвитковый трансформатор наиболее часто используется в энергосистемах. Использование трехвиткового трансформатора для соединения линий электропередачи с тремя различными напряжениями более экономично, занимает меньше места и имеет более удобное техническое обслуживание и управление, чем использование двух обычных трансформаторов. Трехфазный трехвитковый трансформатор обычно использует соединение YY-△, то есть первичная и вторичная обмотки соединены по схеме Y, а третья обмотка — по схеме △, как показано на рисунке XX. Соединение △ само по себе представляет собой замкнутый контур, через который протекает ток третьей гармоники в одной фазе, так что соединение Y первичной и вторичной обмоток не влияет на напряжение третьей гармоники. Таким образом, обеспечивается нейтральная точка как для первичной, так и для вторичной обмоток. В системах передачи на большие расстояния третья обмотка также может быть соединена с синхронной камерой для улучшения коэффициента мощности линии.

III. Структура выводов трансформатора

01 Свинцовый материал и классификация

Обмотки трансформатора подключаются снаружи к выводу, который называется проводом, и через этот провод подается на вход внешнего источника питания — трансформатора, а также через этот провод осуществляется передача электрической энергии от трансформатора наружу.

В основном, существуют следующие типы потенциальных клиентов:

(1) выводной провод, соединенный с концом обмоточного провода и оболочкой;

(2) соединительные провода между концами обмотки;

(3) отвод обмотки соединен с отводным проводом, подключенным к выключателю.

В качестве основного свинцового материала обычно используется:

(1) Неизолированная медная шина, область применения: трансформаторы класса 10 кВ 6300 кВА и ниже;

(2) Круглый медный стержень, обернутый бумагой, область применения: трансформатор малой мощности 10 ~ 35 кВ;

(3) Неизолированный медный стержень, область применения: выводы обмотки низкого напряжения 10 кВ и ниже;

(4) Многожильный медный провод, область применения: все уровни напряжения, особенно 110 кВ и выше;

(5) Медная труба, область применения: трансформаторный провод 220 кВ и выше.

Для обеспечения достаточного расстояния изоляции провода, проходящие через ламинированную древесину или картонную изоляцию, должны соответствовать требованиям к электрическим характеристикам, механической прочности и повышению температуры. Выбор проводов также основывается на напряженности электрического поля и механической прочности, а также на повышении температуры при коротком замыкании и повышении температуры под нагрузкой в ​​течение длительного времени.

02 Подключение провода

К способам соединения выводов трансформатора относятся: пайка, газовая сварка, сварка под холодным давлением и болтовое соединение.

Электрод для пайки должен быть изготовлен из фосфорно-медного сплава для соединения между выходом обмотки и выводом, а также между выводами.

Газовая сварка используется для сварки медных прутков, проводов и кабелей, а также для пробивки оболочек кабелей.

Холодная сварка под давлением заключается в том, что два вывода, соединенных проводами, вставляются в металлическую трубку, а затем с помощью формы трубка сжимается, и два вывода прижимаются друг к другу. Холодная сварка под давлением не требует нагрева, сварка относительно безопасна, исключает ложные сварки и повреждение изоляции выводов и других частей, обеспечивает высокое качество экструзии и хорошую прочность на растяжение. Поэтому холодная сварка под давлением является основным способом соединения выводов в крупных трансформаторах.

Болтовое соединение в основном используется для соединения выводного провода с направляющей втулкой стержня. Выводной провод можно разобрать, что позволяет компенсировать отклонение длины провода. Обычно изогнутая дугообразная конструкция выводного провода позволяет ему свободно расширяться, что также известно как мягкое соединение.

03 Крепление свинца

Для обеспечения необходимого расстояния изоляции провода, а также для защиты от вибрации и ударов электрического тока во время работы и короткого замыкания без смещения и деформации, для затягивания провода необходимо использовать зажимные элементы.

Зажимные элементы для выводов должны обладать достаточной механической и электрической прочностью, поэтому конструкция зажимных элементов обычно предусматривает деревянную опорную конструкцию, а зажимные элементы и металлические детали корпуса трансформатора скрепляются между собой. Для повышения механической прочности используются металлические болты, но между зажимными элементами необходимо использовать болты с эпоксидной смолой, что исключает возможность ослабления крепления. Для дополнительной изоляции и предотвращения заклинивания выводов следует добавить изоляционную плиту.

FAQ

Преимущества