เกี่ยวกับ Canwin คุณต้องการทราบวิธีประกอบโครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้าหรือไม่? คู่มือผู้ใช้ | Canwin

02 รูปทรงแกนเหล็ก

แกนเหล็กประกอบด้วยแกนเหล็กทรงกระบอกและโครงเหล็ก แกนเหล็กทรงกระบอกถูกหุ้มด้วยขดลวด และโครงเหล็กทรงกระบอกเชื่อมต่อแกนเหล็กทรงกระบอกเข้าด้วยกันเพื่อสร้างวงจรแม่เหล็กปิด

ภาพที่ 1A แสดงหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียว ภาพที่ 1B แสดงหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟส โครงสร้างแกนเหล็กสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน คือ C ซึ่งเป็นส่วนของขดลวด เรียกว่า แกนเหล็ก และ Y ซึ่งเป็นส่วนที่ใช้ปิดวงจรแม่เหล็ก เรียกว่า แอกเหล็ก หม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวมีแกนเหล็กสองแกน ส่วนหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสมีแกนเหล็กสามแกน

เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กในแกนเหล็กของหม้อแปลงเป็นฟลักซ์สลับ เพื่อลดการสูญเสียจากกระแสไหลวน แกนเหล็กของหม้อแปลงจึงมักทำจากแผ่นเหล็กซิลิคอนที่มีความต้านทานสูงขนาดต่างๆ โดยแผ่นเหล็กซิลิคอนที่ประกอบเป็นแกนเหล็กจะถูกตัดเป็นรูปทรงและขนาดที่ต้องการก่อน เรียกว่าแผ่นเจาะ จากนั้นจึงนำมาประกอบเข้าด้วยกันแบบซ้อนทับ ภาพที่ 2A แสดงแกนเหล็กของหม้อแปลงเฟสเดียว แต่ละชั้นประกอบด้วยแผ่นเจาะ 4 แผ่น ภาพที่ 2B แสดงแกนเหล็กของหม้อแปลงสามเฟส แต่ละชั้นประกอบด้วย 6 ชิ้น และการประกอบชิ้นส่วนเจาะของแต่ละสองชั้นจะใช้วิธีการจัดเรียงที่แตกต่างกันเพื่อสลับรอยต่อของวงจรแม่เหล็กของแต่ละชั้น วิธีการประกอบนี้เรียกว่าการประกอบแบบซ้อนทับ ซึ่งสามารถป้องกันกระแสไหลวนระหว่างแผ่นเหล็กได้ และเนื่องจากชั้นต่างๆ ถูกสอดประสานและฝังเข้าด้วยกัน จึงสามารถใช้ตัวยึดน้อยลง ทำให้โครงสร้างง่ายขึ้นเมื่อทำการอัดแกน ในขั้นตอนการประกอบ ขั้นแรกจะนำชิ้นส่วนเจาะมาซ้อนทับกันเพื่อสร้างแกนเหล็กทั้งหมด จากนั้นจึงหนีบแอกด้านล่าง ดึงชิ้นส่วนเจาะแอกด้านบนออกเพื่อเปิดเผยเสาแกนเหล็ก วางขดลวดสำเร็จรูปบนเสาแกนเหล็ก และสุดท้ายใส่ชิ้นส่วนเจาะแอกด้านบนที่ดึงออกมาแล้วเข้าไป

ตามลักษณะการพันขดลวดในแกน หม้อแปลงไฟฟ้าแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก คือ แบบแกนและแบบเปลือก ความแตกต่างหลักอยู่ที่การกระจายตัวของวงจรแม่เหล็ก หม้อแปลงแบบเปลือกจะมีแกนหุ้มขดลวดไว้ ในขณะที่หม้อแปลงแบบแกน แกนส่วนใหญ่จะอยู่ภายในขดลวด โดยมีเพียงบางส่วนของขดลวดที่อยู่นอกแกนเหล็กเท่านั้นที่ใช้ในการสร้างวงจรแม่เหล็ก

03 การระบายความร้อนของแกนเหล็ก

เมื่อหม้อแปลงทำงานตามปกติ แกนเหล็กจะเกิดความร้อนเนื่องจากการสูญเสียเหล็ก และยิ่งแกนเหล็กมีน้ำหนักและปริมาตรมากเท่าใด ก็ยิ่งเกิดความร้อนมากขึ้นเท่านั้น อุณหภูมิน้ำมันหม้อแปลงที่สูงกว่า 95 องศาเซลเซียสจะทำให้แกนเหล็กเสื่อมสภาพได้ง่าย ดังนั้นอุณหภูมิพื้นผิวแกนเหล็กควรควบคุมให้ต่ำกว่าอุณหภูมินี้ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งจำเป็นต้องมีโครงสร้างระบายความร้อนของแกนเหล็กเพื่อระบายความร้อนออกจากแกนเหล็กอย่างรวดเร็ว โครงสร้างระบายความร้อนนี้มีจุดประสงค์หลักเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวในการระบายความร้อนของแกนเหล็ก การระบายความร้อนของแกนเหล็กส่วนใหญ่ประกอบด้วยการระบายความร้อนของช่องทางน้ำมันในแกนเหล็กและการระบายความร้อนของช่องทางอากาศในแกนเหล็ก

ในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมันขนาดใหญ่ มักมีการติดตั้งร่องน้ำมันระหว่างแผ่นเหล็กของแกนเหล็กเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการระบายความร้อน ร่องน้ำมันแบ่งออกเป็นสองประเภท คือ แบบขนานกับแผ่นเหล็กซิลิคอน และแบบตั้งฉากกับแผ่นเหล็ก ดังแสดงในรูปที่ 4 การจัดเรียงแบบหลังมีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนดีกว่า แต่โครงสร้างมีความซับซ้อนกว่า

แกนเหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งจะระบายความร้อนด้วยอากาศ เพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของแกนเหล็กจะไม่เกินค่าที่อนุญาต มักมีการติดตั้งท่ออากาศไว้ในเสาแกนเหล็กและโครงเหล็ก

04. เสียงของแกนเหล็ก

หม้อแปลงไฟฟ้าจะส่งเสียงดังขณะทำงาน แหล่งที่มาของเสียงดังจากหม้อแปลงคือปรากฏการณ์แมกเนโตสตริกชันของแผ่นเหล็กซิลิคอนในแกนเหล็ก หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง เสียงดังจากแกนหม้อแปลงเกิดจากแมกเนโตสตริกชันเป็นหลัก แมกเนโตสตริกชันหมายถึงการเพิ่มขึ้นของขนาดของแผ่นเหล็กซิลิคอนตามแนวเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเมื่อแกนเหล็กได้รับแรงกระตุ้น ขนาดของแผ่นเหล็กซิลิคอนจะลดลงในทิศทางตั้งฉากกับแนวเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ซึ่งเรียกว่าแมกเนโตสตริกชัน นอกจากนี้ โครงสร้างและขนาดทางเรขาคณิตของแกนเหล็ก ตลอดจนเทคโนโลยีการแปรรูปและการผลิตแกนเหล็กจะมีผลต่อระดับเสียงในระดับหนึ่งด้วย

ระดับเสียงของแกนเหล็กสามารถลดลงได้ด้วยมาตรการทางเทคนิคดังต่อไปนี้:

(1) ใช้แผ่นเหล็กซิลิคอนคุณภาพสูงที่มีค่า ε แมกนีโตสตริกทีฟต่ำ

(2) ลดความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กของแกนกลาง

(3) ปรับปรุงโครงสร้างของแกนเหล็ก

(4) เลือกขนาดแกนที่เหมาะสม

(5) นำเทคโนโลยีการประมวลผลขั้นสูงมาใช้

05 การต่อสายดินของแกนเหล็ก

ในการทำงานปกติของหม้อแปลงไฟฟ้า สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างขดลวดและสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้ากับถังน้ำมันจะเป็นสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ และแกนเหล็กและชิ้นส่วนโลหะจะอยู่ในสนามไฟฟ้านี้ เนื่องจากศักย์เหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตไม่เท่ากัน ทำให้ศักย์แขวนลอยของแกนเหล็กและชิ้นส่วนโลหะไม่เท่ากัน เมื่อความแตกต่างของศักย์ระหว่างสองจุดสามารถทำให้ฉนวนระหว่างกันเสียหายได้ จะเกิดการปล่อยประจุไฟฟ้า การปล่อยประจุนี้สามารถทำลายน้ำมันในหม้อแปลงและทำลายฉนวนแข็งได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ทั้งแกนเหล็กและชิ้นส่วนโลหะจะต้องต่อลงดินอย่างน่าเชื่อถือ

แกนโลหะต้องต่อลงดินอย่างน้อยหนึ่งจุด หากแกนเหล็กหรือชิ้นส่วนโลหะอื่นๆ มีจุดต่อลงดินสองจุดหรือมากกว่านั้น จุดต่อลงดินจะเกิดเป็นวงจรปิด ทำให้เกิดการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้า ซึ่งบางครั้งอาจสูงถึงหลายสิบแอมป์ ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเฉพาะจุด นำไปสู่การสลายตัวของน้ำมัน และอาจทำให้ชิ้นส่วนต่อลงดินหลอมละลายหรือไหม้แกนเหล็กได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่ควรเกิดขึ้น ดังนั้น แกนโลหะจึงต้องต่อลงดินอย่างน้อยหนึ่งจุดเท่านั้น

II. โครงสร้างขดลวดหม้อแปลง

หน้าที่ของขดลวด 01

ขดลวดเป็นส่วนประกอบพื้นฐานที่สุดของหม้อแปลงไฟฟ้า เป็นส่วนที่สร้างสนามแม่เหล็กและส่งผ่านวงจรไฟฟ้า โดยทั่วไปจะพันด้วยลวดทองแดงหรือลวดอลูมิเนียมหุ้มฉนวน และติดตั้งไว้ในแกนหม้อแปลง แกนหม้อแปลงควรมีความแข็งแรงของฉนวน ความแข็งแรงทางกล และความทนทานต่อความร้อนที่เพียงพอ

ประเภทของการพันขดลวด

โครงสร้างขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทหลักๆ คือ โครงสร้างแบบชั้น และโครงสร้างแบบก้อน โครงสร้างแบบชั้น หมายถึง การพันขดลวดอย่างต่อเนื่องตามแนวแกน โดยทั่วไปใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังต่ำซีรีส์ S8 และ S9 ส่วนโครงสร้างแบบก้อน หมายถึง การพันขดลวดอย่างต่อเนื่องเป็นก้อน (ส่วน) ตามแนวรัศมี แล้วนำก้อนเหล่านั้นมาประกอบกันเป็นแถวตามแนวแกน โดยทั่วไปใช้ในหม้อแปลงขนาดใหญ่และขนาดใหญ่พิเศษที่มีแรงดันสูง 110 กิโลโวลต์ขึ้นไป

โดยพื้นฐานแล้ว ขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ผลิตในประเทศจีนใช้โครงสร้างแบบศูนย์กลางร่วม (concentric structure) การพันขดลวดแบบศูนย์กลางร่วมหมายความว่า ขดลวดจะพันอยู่ด้านนอกแกนเหล็กโดยมีเส้นทรงกระบอกเดียวกันในทุกหน้าตัดของแกนเหล็ก จะต้องมีช่องว่างฉนวนและช่องระบายความร้อน (ช่องน้ำมัน) ระหว่างขดลวดแรงดันสูงและแรงดันต่ำ และระหว่างขดลวดแรงดันต่ำกับแกนเหล็ก โดยมีท่อกระดาษแข็งหุ้มฉนวนคั่นอยู่ ระยะห่างของฉนวนขึ้นอยู่กับระดับแรงดันของขดลวดและระยะห่างที่จำเป็นสำหรับช่องระบายความร้อน เมื่อขดลวดแรงดันต่ำอยู่ด้านในใกล้กับแกนเหล็ก ระยะห่างของฉนวนที่ต้องการระหว่างขดลวดกับแกนเหล็กจะมีขนาดค่อนข้างเล็ก ดังนั้นขนาดของขดลวดจึงสามารถลดลงได้ และขนาดโดยรวมของหม้อแปลงก็ลดลงด้วย

หม้อแปลงสามขดลวดเป็นแบบที่ใช้กันทั่วไปในระบบไฟฟ้า การใช้หม้อแปลงสามขดลวดเชื่อมต่อระบบส่งกำลังที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกันสามระดับนั้นประหยัดกว่า ใช้พื้นที่น้อยกว่า และบำรุงรักษาและจัดการได้สะดวกกว่าการใช้หม้อแปลงทั่วไปสองตัว หม้อแปลงสามเฟสสามขดลวดมักใช้การต่อแบบ YY-△ กล่าวคือ ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิเป็นแบบ Y และขดลวดที่สามเป็นแบบ △ ดังแสดงในรูปที่ XX การต่อแบบ △ เป็นวงจรปิด ผ่านกระแสฮาร์มอนิกที่สามในเฟสเดียวกัน ดังนั้นขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิแบบ Y จึงไม่ปรากฏในแรงดันฮาร์มอนิกที่สาม ด้วยวิธีนี้จึงมีจุดกลางสำหรับทั้งด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิ ในระบบส่งกำลังระยะไกล ขดลวดที่สามยังสามารถต่อกับขดลวดซิงโครนัสเพื่อปรับปรุงตัวประกอบกำลังของสายส่งได้อีกด้วย

III. โครงสร้างสายนำของหม้อแปลง

01 วัสดุตะกั่วและการจำแนกประเภท

ขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกับปลายสายภายนอกที่เรียกว่าสายนำ (lead) โดยสายนำนี้จะรับพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟภายนอกเข้าสู่หม้อแปลง และยังใช้ในการส่งกำลังไฟฟ้าจากหม้อแปลงออกสู่ภายนอกด้วย

โดยหลักแล้วมีข้อมูลลูกค้าเป้าหมายประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้:

(1) สายนำที่เชื่อมต่อกับปลายสายขดลวดและตัวเรือน

(2) การเชื่อมต่อสายไฟระหว่างปลายขดลวด

(3) การแตะขดลวดเชื่อมต่อกับสายแตะซึ่งเชื่อมต่อกับสวิตช์

โดยทั่วไปแล้ว วัสดุหลักที่ใช้คือ:

(1) แท่งทองแดงเปลือย ขอบเขตการใช้งาน: หม้อแปลงไฟฟ้าขนาด 10kV คลาส 6300kVA และต่ำกว่า

(2) แท่งทองแดงกลมห่อด้วยกระดาษ ขอบเขตการใช้งาน: หม้อแปลงขนาดเล็ก 10 ~ 35kV

(3) แท่งทองแดงเปลือย ขอบเขตการใช้งาน: สายไฟขดลวดแรงดันต่ำ 10kV และต่ำกว่า

(4) ลวดทองแดงตีเกลียว ขอบเขตการใช้งาน: ทุกระดับแรงดัน โดยเฉพาะ 110kV ขึ้นไป

(5) ท่อทองแดง ขอบเขตการใช้งาน: สายไฟหม้อแปลง 220kV ขึ้นไป

เพื่อให้มั่นใจได้ว่ามีระยะห่างของฉนวนที่เพียงพอ สายไฟที่หุ้มด้วยไม้ลามิเนตหรือกระดาษแข็งต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ความแข็งแรงเชิงกล และการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ การเลือกใช้สายไฟยังขึ้นอยู่กับความแรงของสนามไฟฟ้าและความแข็งแรงเชิงกล รวมถึงการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเมื่อลัดวงจรและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเมื่อรับภาระเป็นเวลานานด้วย

02 การเชื่อมต่อสายไฟ

รูปแบบการเชื่อมต่อสายไฟของหม้อแปลงไฟฟ้า ได้แก่ การบัดกรี การเชื่อมด้วยแก๊ส การเชื่อมแบบแรงดันเย็น และการเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียว

ขั้วไฟฟ้าสำหรับการเชื่อมประสานจะต้องทำจากโลหะผสมทองแดงฟอสฟอรัสสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างทางออกของขดลวดและสายไฟ และระหว่างสายไฟต่างๆ

การเชื่อมด้วยแก๊สใช้สำหรับการเชื่อมแท่งทองแดง สายไฟ และข้อต่อสายเคเบิลแบบเจาะปลอก

การเชื่อมแบบแรงดันเย็นคือการสอดขั้วต่อสองขั้วที่เชื่อมต่อกันด้วยสายไฟเข้าไปในท่อโลหะ จากนั้นใช้แม่พิมพ์บีบท่อโลหะเพื่อให้ขั้วต่อทั้งสองติดกัน การเชื่อมแบบแรงดันเย็นไม่จำเป็นต้องใช้ความร้อน การเชื่อมค่อนข้างปลอดภัย ไม่มีการเชื่อมผิดพลาด และไม่ทำให้สายไฟหรือฉนวนส่วนอื่นๆ ไหม้ มีคุณภาพการขึ้นรูปที่ดี มีความแข็งแรงดึงสูง ดังนั้น การเชื่อมแบบแรงดันเย็นจึงเป็นวิธีการหลักในการเชื่อมต่อสายไฟสำหรับหม้อแปลงขนาดใหญ่

การเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียวส่วนใหญ่ใช้สำหรับเชื่อมต่อสายไฟกับปลอกแกนนำ สายไฟสามารถถอดประกอบได้และสามารถชดเชยความเบี่ยงเบนของความยาวสายไฟได้ โดยปกติแล้ว โครงสร้างสายไฟแบบโค้งสามารถขยายได้อย่างอิสระ หรือที่เรียกว่าการเชื่อมต่อแบบอ่อน

03 การยึดสายไฟ

เพื่อให้มั่นใจได้ว่าสายไฟมีระยะห่างฉนวนที่เหมาะสม และทนต่อการสั่นสะเทือนและแรงกระแทกจากกระแสไฟฟ้าขณะใช้งาน รวมถึงการลัดวงจรโดยไม่เกิดการเคลื่อนที่หรือเสียรูป จำเป็นต้องใช้ชิ้นส่วนยึดเพื่อขันสายไฟให้แน่น

ชิ้นส่วนยึดสายไฟควรมีความแข็งแรงทางกลและความแข็งแรงทางไฟฟ้าเพียงพอ ดังนั้นโครงสร้างของชิ้นส่วนยึดสายไฟโดยทั่วไปจึงใช้โครงสร้างรองรับที่ทำจากไม้ โดยชิ้นส่วนยึดและชิ้นส่วนโลหะของหม้อแปลงจะถูกยึดเข้าด้วยกัน เพื่อเพิ่มความแข็งแรงทางกลจึงสามารถใช้สลักเกลียวโลหะได้ แต่ระหว่างชิ้นส่วนยึดจะต้องยึดด้วยสลักเกลียวอีพ็อกซี่ และควรมีอุปกรณ์กันหลวมเพิ่มเติม ควรเพิ่มแผ่นฉนวนเพื่อยึดสายไฟเป็นฉนวนเพิ่มเติมเพื่อป้องกันไม่ให้สายไฟติดขัด

FAQ

ข้อดี