หลักการทำงานและความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับหม้อแปลงไฟฟ้า

2. กำลังไฟฟ้าพิกัดและแรงดันลัดวงจรของหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสสามตัวที่มีอัตราส่วนการแปลงและกลุ่มการเชื่อมต่อเดียวกัน มีดังนี้:

หลังจากต่อขนานกันแล้ว โหลดจะอยู่ที่ 550 กิโลโวลต์แอมป์

ถาม: ① โหลดที่กระจายโดยหม้อแปลงแต่ละตัวมีปริมาณเท่าใด?

② หม้อแปลงไฟฟ้าสามตัวสามารถรับโหลดรวมสูงสุดได้เท่าใดโดยไม่เกิดการโอเวอร์โหลด?

③ อัตราการใช้กำลังการผลิตรวมของหม้อแปลงไฟฟ้าคือเท่าไร?

คำตอบ

อัตราส่วนการกระจายของหม้อแปลงแต่ละตัว:

หลังจากที่ใช้งานแบบขนานแล้ว โหลดจะอยู่ที่ 5500 KVA

ถาม: ① โหลดที่กระจายโดยหม้อแปลงแต่ละตัวมีปริมาณเท่าใด?

② หม้อแปลงไฟฟ้าสามตัวสามารถรับโหลดรวมสูงสุดได้เท่าใดโดยไม่เกิดการโอเวอร์โหลด?

③ อัตราการใช้กำลังการผลิตรวมของหม้อแปลงไฟฟ้าคือเท่าไร?

คำตอบ

3. หม้อแปลงอัตโนมัติแตกต่างจากหม้อแปลงทั่วไปอย่างไร?

คำตอบ: ความแตกต่างระหว่างหม้อแปลงอัตโนมัติและหม้อแปลงธรรมดาคือ:

(1) ด้านปฐมภูมิและด้านทุติยภูมิของมันไม่เพียงเชื่อมต่อกันด้วยแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังเชื่อมต่อกันด้วยไฟฟ้าด้วย ในขณะที่หม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไปเชื่อมต่อกันด้วยแม่เหล็กเท่านั้น

(2) กำลังไฟฟ้าที่จ่ายผ่านหม้อแปลงประกอบด้วยสองส่วน คือ กำลังเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดร่วม และกำลังการนำไฟฟ้าที่นำโดยตรงผ่านขดลวดปฐมภูมิ

(3) เนื่องจากขดลวดของหม้อแปลงอัตโนมัติประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิและขดลวดร่วม จำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิจึงน้อยกว่าจำนวนรอบและความสูงของขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงธรรมดา กระแสของขดลวดร่วมและรีแอกแทนซ์รั่วไหลที่เกิดขึ้น รีแอกแทนซ์ลัดวงจร X ของหม้อแปลงอัตโนมัติเป็น (1-1/K) เท่าของรีแอกแทนซ์ลัดวงจร X ของหม้อแปลงธรรมดา และ K คืออัตราส่วนการแปลง

(4) หากหม้อแปลงอัตโนมัติมีขดลวดที่สาม ขดลวดที่สามจะใช้ความจุขดลวดร่วม ซึ่งจะส่งผลต่อโหมดการทำงานและความจุการแลกเปลี่ยนของหม้อแปลงอัตโนมัติ

(5) เนื่องจากจุดกลางของหม้อแปลงอัตโนมัติจะต้องต่อลงดิน การตั้งค่าและการกำหนดค่าการป้องกันรีเลย์จึงมีความซับซ้อน

(6) หม้อแปลงอัตโนมัติมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา สะดวกในการขนส่ง และต้นทุนต่ำ

4. ปัญหาใดบ้างที่ควรให้ความสนใจในการใช้งานหม้อแปลงอัตโนมัติ?

คำตอบ: ปัญหาที่ควรสังเกตในระหว่างการใช้งานหม้อแปลงอัตโนมัติ:

(1) เนื่องจากด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงอัตโนมัติมีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าโดยตรง จุดกลางของหม้อแปลงอัตโนมัติที่ใช้ในโครงข่ายไฟฟ้าจะต้องต่อลงดินอย่างน่าเชื่อถือและโดยตรงเพื่อป้องกันการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าที่ด้านแรงดันต่ำอันเนื่องมาจากความผิดพลาดในการต่อลงดินเฟสเดียวที่ด้านแรงดันสูง

(2) เนื่องจากการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าโดยตรงระหว่างด้านปฐมภูมิและด้านทุติยภูมิ เมื่อด้านแรงดันสูงเกิดแรงดันเกิน จะทำให้เกิดแรงดันเกินอย่างรุนแรงที่ด้านแรงดันต่ำ เพื่อหลีกเลี่ยงอันตรายนี้ จึงต้องติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าทั้งด้านปฐมภูมิและด้านทุติยภูมิ

(3) เนื่องจากความต้านทานลัดวงจรของหม้อแปลงอัตโนมัติมีขนาดเล็กและกระแสลัดวงจรมีขนาดใหญ่กว่าหม้อแปลงทั่วไป จึงจำเป็นต้องใช้มาตรการเพื่อจำกัดกระแสลัดวงจรเมื่อจำเป็น

(4) ในระหว่างการทำงาน กระแสของขดลวดร่วมจะต้องได้รับการตรวจสอบเพื่อให้มีค่าน้อยกว่าโหลด หากจำเป็น สามารถปรับโหมดการทำงานของขดลวดที่สามเพื่อเพิ่มความสามารถในการแลกเปลี่ยนของหม้อแปลงอัตโนมัติได้

5. วาดวงจรหม้อแปลงอัตโนมัติ O - Y0 พร้อมขดลวดที่สาม/ Δ- แผนภาพการเดินสายและแผนภาพเวกเตอร์ของ 12-11

คำตอบ:

แผนผังการเดินสายไฟ

แผนภาพเวกเตอร์ศักย์

6. หม้อแปลงไฟฟ้ามีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบใดบ้าง? เหตุใดจึงต้องมีแท็ปอยู่ด้านแรงดันสูง?

คำตอบ: หม้อแปลงไฟฟ้ามีโหมดการควบคุมแรงดันไฟฟ้าสองโหมด ได้แก่ การควบคุมแรงดันไฟฟ้าขณะมีโหลด และการควบคุมแรงดันไฟฟ้าขณะไม่มีโหลด

การควบคุมแรงดันไฟฟ้าขณะมีโหลด หมายความว่าหม้อแปลงสามารถปรับตำแหน่งแท็ปได้ในระหว่างการทำงาน ซึ่งจะเปลี่ยนอัตราส่วนของหม้อแปลงเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการควบคุมแรงดันไฟฟ้า การควบคุมแรงดันไฟฟ้าขณะมีโหลดของหม้อแปลงมีสองโหมด ได้แก่ การควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ปลายสาย และการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่จุดกลาง กล่าวคือ ความแตกต่างระหว่างแท็ปของหม้อแปลงที่ด้านปลายสายของขดลวดแรงดันสูง หรือที่ด้านจุดกลางของขดลวดแรงดันสูง การแท็ปที่ด้านจุดกลางสามารถลดระดับฉนวนของแท็ปหม้อแปลงได้ ซึ่งมีข้อดีอย่างเห็นได้ชัด แต่จำเป็นต้องต่อจุดกลางของหม้อแปลงลงดินโดยตรงในระหว่างการทำงาน

การควบคุมแรงดันไฟฟ้าขณะไม่มีโหลด หมายถึง การปรับตำแหน่งแท็ปของหม้อแปลงในกรณีที่ไฟฟ้าดับหรือระหว่างการบำรุงรักษา เพื่อเปลี่ยนอัตราส่วนของหม้อแปลงให้ได้ตามวัตถุประสงค์ของการควบคุมแรงดันไฟฟ้า

โดยทั่วไปแล้ว การต่อสายแท็ปของหม้อแปลงไฟฟ้าจะทำจากด้านแรงดันสูง ซึ่งส่วนใหญ่จะพิจารณาจาก:

(1) ขดลวดแรงดันสูงของหม้อแปลงโดยทั่วไปจะอยู่ด้านนอก และการเชื่อมต่อสายนำออกสะดวก

(2) กระแสไฟฟ้าด้านแรงดันสูงมีขนาดเล็กกว่า และหน้าตัดตัวนำของส่วนที่นำกระแสไฟฟ้าของสายส่งออกและตัวเปลี่ยนแท็ปมีขนาดเล็กกว่า ผลกระทบของการสัมผัสที่ไม่ดีสามารถแก้ไขได้ง่าย

โดยหลักการแล้ว จุดต่อสายไฟสามารถติดตั้งได้ที่ด้านใดก็ได้ และควรพิจารณาเปรียบเทียบทั้งด้านเศรษฐกิจและด้านเทคนิค ตัวอย่างเช่น จุดต่อสายไฟของหม้อแปลงไฟฟ้าลดแรงดันขนาดใหญ่ 500kV จะต่อจากด้าน 220kV ในขณะที่ด้าน 500kV นั้นคงที่

7. การกระตุ้นหม้อแปลงมากเกินไปคืออะไร? การกระตุ้นหม้อแปลงมากเกินไปเกิดขึ้นได้อย่างไร?

คำตอบ: เมื่อแรงดันไฟฟ้าของหม้อแปลงเพิ่มขึ้นหรือความถี่ลดลง ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่ใช้งานจะเพิ่มขึ้น การอิ่มตัวของแกนหม้อแปลงเรียกว่าการกระตุ้นเกินของหม้อแปลง (transformer overexcitation)

หลังจากระบบไฟฟ้าถูกตัดการเชื่อมต่อเนื่องจากอุบัติเหตุ แรงดันเกินจากการตัดโหลด แรงดันเกินจากการสั่นพ้องของแม่เหล็กไฟฟ้า การปรับแท็ปหม้อแปลงไม่ถูกต้อง หม้อแปลงที่ไม่มีโหลดที่ปลายสายยาว หรือการทำงานผิดพลาดอื่นๆ การเพิ่มกระแสกระตุ้นก่อนกำหนดก่อนที่ความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถึงค่าที่กำหนด การกระตุ้นตัวเองของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และสภาวะอื่นๆ ในบางระบบ อาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นจนทำให้หม้อแปลงเกิดการกระตุ้นมากเกินไป

8. ผลที่อาจเกิดขึ้นจากการที่หม้อแปลงไฟฟ้าได้รับกระแสไฟฟ้ามากเกินไปมีอะไรบ้าง และจะหลีกเลี่ยงได้อย่างไร?

คำตอบ: เมื่อแรงดันไฟฟ้าของหม้อแปลงเกิน 10% ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด แกนหม้อแปลงจะอิ่มตัวและค่าความสูญเสียในแกนเหล็กจะเพิ่มขึ้น การรั่วไหลของสนามแม่เหล็กจะเพิ่มค่าความสูญเสียจากกระแสไหลวนในชิ้นส่วนโลหะ เช่น ตัวเรือน ทำให้หม้อแปลงร้อนเกินไป ฉนวนเสื่อมสภาพ ส่งผลต่ออายุการใช้งานของหม้อแปลง และอาจทำให้หม้อแปลงไหม้ได้

การหลีกเลี่ยง:

(1) ป้องกันการทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงเกินไป โดยทั่วไป ยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูงเท่าไร การกระตุ้นมากเกินไปก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น และระยะเวลาการทำงานที่อนุญาตก็จะสั้นลงเท่านั้น

(2) เพิ่มการป้องกันการกระตุ้นเกิน: ส่งสัญญาณเตือนหรือตัดหม้อแปลงตามเส้นโค้งลักษณะเฉพาะของหม้อแปลงและค่าตัวคูณการกระตุ้นเกินที่อนุญาตที่แตกต่างกัน

9. โครงสร้างตัวหม้อแปลงไฟฟ้ามีระบบป้องกันความปลอดภัยอะไรบ้าง? หน้าที่หลักของระบบเหล่านั้นคืออะไร?

คำตอบ: ระบบป้องกันในโครงสร้างตัวหม้อแปลงไฟฟ้าประกอบด้วย:

(1) ผู้ดูแล

ถังพักน้ำมันมีปริมาตรประมาณ 8-10% ของน้ำมันหม้อแปลง หน้าที่ของมันคือเพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของน้ำมันหม้อแปลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ จำกัดการสัมผัสระหว่างน้ำมันหม้อแปลงกับอากาศ และลดความชื้นและการเกิดออกซิเดชันของน้ำมัน มีการติดตั้งตัวดูดความชื้นไว้ในถังพักน้ำมันเพื่อป้องกันไม่ให้อากาศเข้าไปในหม้อแปลง

(2) สารดูดความชื้นและสารกรองน้ำมัน

อุปกรณ์ดูดความชื้น หรือที่รู้จักกันในชื่อหน้ากากป้องกันระบบทางเดินหายใจ บรรจุด้วยสารดูดซับ ซึ่งเป็นซิลิกาเจลชนิดอะลูมินาที่ผ่านการกระตุ้น มักมีการใส่ซิลิกาเจลที่เปลี่ยนสีบางส่วนลงไปด้วย เมื่อสีน้ำเงินเปลี่ยนเป็นสีแดง แสดงว่าสารดูดซับได้รับผลกระทบจากความชื้นและต้องนำไปทำให้แห้งหรือเปลี่ยนใหม่

เครื่องกรองน้ำมันเรียกอีกอย่างว่าตัวกรอง โดยบรรจุสารดูดซับซึ่งเป็นซิลิกาเจลที่กระตุ้นด้วยอะลูมินาไว้ในกระบอกน้ำมันสะอาด เมื่อน้ำมันไหลผ่านเครื่องกรองและสัมผัสกับสารดูดซับ น้ำ กรด และออกไซด์ในน้ำมันจะถูกดูดซับ ทำให้น้ำมันสะอาดและยืดอายุการใช้งานของน้ำมันได้

(3) ท่อกันระเบิด (ทางเดินอากาศเพื่อความปลอดภัย)

ท่อกันระเบิดถูกติดตั้งไว้ที่ฝาครอบถังหม้อแปลงเพื่อป้องกันแรงดันสูงในถังน้ำมันในกรณีที่หม้อแปลงเกิดความขัดข้องภายใน

วาล์วระบายแรงดันถูกนำมาใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่สมัยใหม่เพื่อทดแทนทางเดินอากาศเพื่อความปลอดภัย เมื่อแรงดันผิดปกติภายในของหม้อแปลงสูงขึ้น วาล์วระบายแรงดันจะทำงานและหน้าสัมผัสจะเชื่อมต่อเพื่อส่งสัญญาณเตือนหรือตัดวงจร

นอกจากนี้ หม้อแปลงไฟฟ้ายังมีระบบป้องกันแก๊สรั่ว เทอร์โมมิเตอร์ เครื่องวัดระดับน้ำมัน และอุปกรณ์ป้องกันความปลอดภัยอื่นๆ อีกด้วย

10. หลักการทำงานแตกต่างกันอย่างไรระหว่างหม้อแปลงแรงดันและหม้อแปลงกระแส?

คำตอบ: หม้อแปลงแรงดันใช้สำหรับวัดแรงดันเป็นหลัก ในขณะที่หม้อแปลงกระแสใช้สำหรับวัดกระแส

(1) ด้านรองของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าสามารถลัดวงจรได้ แต่ไม่สามารถเปิดวงจรได้ ด้านรองของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าสามารถเปิดวงจรได้ แต่ไม่สามารถลัดวงจรได้

(2) เมื่อเปรียบเทียบกับโหลดที่ด้านรอง ความต้านทานภายในด้านปฐมภูมิของหม้อแปลงแรงดันมีขนาดเล็กมากจนสามารถละเลยได้ และหม้อแปลงแรงดันสามารถถือได้ว่าเป็นแหล่งกำเนิดแรงดัน ในขณะที่ความต้านทานภายในด้านปฐมภูมิของหม้อแปลงกระแสมีขนาดใหญ่มากจนถือได้ว่าเป็นแหล่งกำเนิดกระแสที่มีความต้านทานภายในอนันต์

(3) เมื่อหม้อแปลงแรงดันทำงานตามปกติ ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กจะใกล้เคียงกับค่าอิ่มตัว และแรงดันจะลดลงเมื่อระบบล้มเหลว ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กจะลดลง และความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กจะต่ำมากเมื่อหม้อแปลงกระแสทำงานตามปกติ เมื่อระบบลัดวงจร กระแสที่ด้านปฐมภูมิจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กเพิ่มขึ้นอย่างมาก และบางครั้งอาจเกินค่าอิ่มตัว ทำให้กระแสเอาต์พุตทุติยภูมิผิดพลาดมากขึ้น ดังนั้น ควรเลือกหม้อแปลงกระแสที่ไม่เกิดการอิ่มตัวได้ง่าย