Zvyšovací transformátor: konstrukční vlastnosti zařízení schopných zvyšovat a snižovat napětí

Transformátor převádí energii v sítích a instalacích určených pro příjem a práci s elektřinou. Zvyšovací transformátor je statická jednotka napájená zdrojem napětí pro transformaci vysokého výkonu na nízký výkon. Používá se k izolaci logických ochranných obvodů a měřicích vedení od vysokého napětí.

Koncept transformátoru

Elektromagnetické zařízení se dvěma nebo více vinutími spojenými indukcí na magnetickém obvodu se nazývá transformátor. Je navržen tak, aby měnil střídavé napětí při zachování frekvence a používá se při výrobě, přenosu a příjmu elektrické energie.

Jednotka pro zvýšení napětí obsahuje drátovou cívku obklopenou magnetickými čarami umístěnými na jádru pro vedení toku. Materiál jádra jsou feromagnetické slitiny. Jednotka pracuje s vysokými kapacitami, její použití je způsobeno různými indikátory napětí městských linek (cca 6,2 kV), spotřebního obvodu (0,4 kV) a výkonu potřebného pro provoz elektrických spotřebičů a strojů (od jednotlivých odečtů po několik stovky kilovoltů).

Aplikace v sítích

Zařízení jsou instalována v elektrických vedeních a napájecích zdrojích odběrných míst. V souladu s Joule-Lenzovým zákonem se při zvyšování proudu uvolňuje teplo, které ohřívá drát. Pro přenos energie na dlouhé lineární vzdálenosti se zvyšuje napětí a snižují se proudy. Při dodávání spotřebiteli se výkon snižuje, protože z bezpečnostních důvodů by bylo nutné použít masivní izolaci.

Na začátku řetězce je instalován zvyšovací transformátor a v místě příjmu jsou indikátory spuštěny. Takové kombinace se opakovaně používají v celém přenosovém vedení, čímž se dosahují příznivé podmínky pro přepravu elektřiny a vytvářejí přijatelné hodnoty pro spotřebitele.

Vzhledem k přítomnosti tří fází v síti se k transformaci energie používají třífázové jednotky. Někdy se používá skupina, ve které jsou zařízení spojena do hvězdicového modelu, přičemž mají společnou vodivou tyč.

Přestože účinnost vysokovýkonných jednotek dosahuje téměř sto procent, stále vzniká velké množství tepla. Typický 1 GW transformátor elektrárny produkuje několik megawattů. Pro omezení tohoto jevu byl vyvinut chladicí systém ve formě nádrže s nehořlavou kapalinou nebo transformátorovým olejem a silným zařízením pro distribuci tepla vzduchu. Chlazení je často vodní, používá se suchý princip při nízkém výkonu.

Magnetický systém

Magnetický obvod je komplex desek nebo jiných prvků z elektrooceli, složený ve zvolené geometrické konfiguraci. Struktura obsahuje pole jednotky. Sestavené magnetické jádro spolu s uzly a spojovacími prvky tvoří kostru transformátoru. Část, na které jsou vinutí navinuta, je tyč. Oblast systému určená k uzavření obvodu a nenesení smyčkových závitů se nazývá jho. Uspořádání tyčí v prostoru slouží k rozdělení systému na následující typy:

• plochý design, ve kterém jsou všechna jádra umístěna na jednom povrchu;
• prostorová metoda - podélné tyče nebo jádra a třmeny jsou v různých rovinách;
• symetrické uspořádání - tyče stejné délky a tvaru jsou umístěny tak, aby jejich prostorové uspořádání bylo stejné pro všechny prvky a jádra;
• asymetrická akce zahrnuje tyče různých typů a velikostí, které jsou umístěny odlišně od podobných částí.

Vinutí jednotky

Vinutí se skládá z jednotlivých závitů, které jsou vodiči, nebo ze sady takových vysílačů (prameny několika drátů). Obrat jednou obejde tyč, jejíž proud spolu s proudy ostatních jader a systémů reprodukuje magnetické pole. Výsledkem je elektromotorická síla (EMF).

Vinutí je uspořádaná sada závitů. Tvoří řetězec, ve kterém se sčítají síly vyvolané v otáčkách. Vinutí třífázové jednotky se skládá z několika kombinovaných vinutí tří fází se stejným napětím.

Tyče snižovacího a zvyšovacího transformátoru jsou vyrobeny ve čtvercové konfiguraci pro nejlepší využití prostoru (zvýšení faktoru plnění v okénku tyče). Pokud je potřeba zvětšit průřez jádra, pak se rozdělí na několik vodičů. To se používá ke snížení vířivých proudů v plášti. Vodič se čtvercovým průřezem se nazývá vodič. Podle fungování vinutí jsou rozděleny do několika typů:

• hlavní - cívky určené k příjmu nebo odvádění přeměněné nebo transformované střídavé energie;
• regulační - ty, které poskytují výstupy pro změnu převodního poměru napětí s malým proudem vinutí a malým normalizačním rozsahem;
• pomocné závity poskytují energii pro své vlastní potřeby při použití nízkého výkonu, mnohem menšího, než je stejná jmenovitá hodnota zvyšovacího transformátoru.

Jádro je izolováno vrstvou papíru nebo smaltovaného laku. Dva paralelní chráněné vodiče umístěné vedle sebe jsou oploceny společným papírovým obalem a nazývají se transponovaný kabel. Jeho samostatná forma je kontinuálním pokračováním, které vzniká, když se žíla jedné vrstvy přesune do další vrstvy se stejným stoupáním v jediné izolaci. Papírová ochrana je vyrobena z tenkých proužků o šířce 2-4 cm, aplikovaných kolem kabelu. Pro získání požadované vrstvy dané tloušťky se papír nanáší v několika vrstvách. V závislosti na konstrukci je vinutí:

1. Soukromé. Závity na jádru jsou položeny ve směru osy po celé délce ovinutí. Následující otáčky jsou umístěny těsně k sobě, aniž by mezi nimi byla mezera.
2. Šroub. Je to jedna z možností pro vícevrstvou aplikaci. Mezi každým otočením je ponechána vzdálenost.
3. Disk. Řada pohonů je postupně kombinována. V nich jsou otáčky umístěny v radiálním směru ve tvaru spirály. Na primární vrstvě se balení provádí dovnitř a na sousedních kruzích směrem ven.
4. Fólie. Místo obdélníkového kabelu se používají měděné nebo hliníkové desky. Jsou široké, s tloušťkou od 0,1 do 2,5 mm.

Chladící nádrž

Je to nádoba na olej a zároveň chrání aktivní součásti agregátu před přehřátím. V návrhu plní roli podpory pro přídavná a ovládací zařízení. Před plněním je z nádrže odstraněn vzduch, který ničí izolaci a snižuje její ochranné vlastnosti. Z tohoto důvodu nádrž pracuje při nízkém atmosférickém tlaku.

Aby se snížil hluk z provozu transformátoru, musí se zvukové frekvence reprodukované tyčí jednotky shodovat a podobné indikátory rezonance konstrukčních prvků. Pro vypouštění, když se objem kapaliny v nádrži zvýší ohřevem, je instalována samostatně umístěná expanzní nádrž.

Zvýšení jmenovitého výkonu zvyšuje rychlost pohybu elektronů vně a uvnitř transformátoru, což ničí strukturu. Podobně působí rozptylový magnetický proud v nádrži. Vložky jsou použity z materiálu, který nepodléhá magnetizaci. Jsou umístěny kolem izolátorů s vysokým průtokem, aby se snížilo riziko přehřátí. Vnitřek nádrže je vyroben tak, aby nepropouštěl magnetický tok přes bariéry nádrže. Materiál s nízkou odolností proti magnetismu absorbuje proudění dříve, než pronikne vnějšími stěnami.

Počet půlkruhů téměř odpovídá počtu otáček balení. S přibývajícími otáčkami se vytváří více oblouků, ale není zde přísná proporcionalita. Poblíž výstupu je začátek vinutí (na dvou a více cívkách) označen tučnou tečkou. Uvádějí označení okamžitého EMF, na výstupech jsou obvykle stejná.

Tento přístup se používá, když se ukazuje prostřednost agregátů v konvertujících řetězcích k nastínění synchronicity nebo antifáze. Označení je také relevantní pro několik cívek, pokud je pro jejich efektivní provoz vyžadována polarita. Absence výslovného označení cívek naznačuje, že jdou jedním směrem, to znamená, že konec předchozího odpovídá začátku následujícího.

Vlastnosti provozu

Pro stanovení životnosti se používá pojem ekonomická a technická životnost. Ekonomický segment končí, když cena transformace energie pomocí požadovaného transformátoru přesáhne jednotkové náklady na stejné služby v odpovídajícím tržním výklenku. Technická životnost končí poruchou velkého množství prvků, které vyžadují generální opravu jednotky.

Paralelní použití

Tato regulace je aplikována z důvodu, že při nízké zátěži umožňuje jednotka redukce výkonu značné ztráty při volnoběhu. Pro nápravu situace je nahrazena skupinou nízkopříkonových zařízení, která se v případě potřeby po jednom vypínají. Požadavky na takové připojení:

• jednotky se stejnou úhlovou chybou mezi sekundárním a primárním indikátorem napětí jsou povoleny pro paralelní použití;
• stejně polární póly z oblastí s nízkým a vysokým výkonem jsou zapojeny paralelně;
• zařízení, která mají být kombinována, musí vykazovat podobný poměr přenosu napětí;
• zkratová odolnost by se měla lišit ve směru poklesu nebo zvýšení nejvýše o 10%;
• výkonový poměr zapojených transformátorů by neměl překročit 1:3.

Jednotky zařazené do skupiny se používají se stejnými technickými parametry.

Regulace frekvence a výkonu

V případě stejného napětí na primárních vinutích lze jednotky s určitou frekvencí provozovat se zvýšenými indikátory sítě s doporučenou výměnou nástavců. Při frekvenci nižší, než je jmenovitá, indukce zvyšuje hodnoty v magnetickém pohonu, což vede k proudovému rázu při chodu naprázdno a ke změně jeho typu.

Regulace napětí transformátoru se používá v síti vzhledem k tomu, že normální provoz spotřebičů je možný pouze s výkonem určitých parametrů a minimálních odchylek od nich.

Izolace a přepětí

Odborníci provádějí pravidelné testy a opravy ochranné vrstvy transformátoru, protože vlivem vysokých teplot ztrácí své vlastnosti. To platí pro agregátový olej v chladicí nádrži a izolaci aktivních prvků. Po kontrole je údaj o stavu ochranných materiálů zapsán do pasu jednotky.

Někdy zařízení pracují v podmínkách vysokého výkonu. Přepětí je rozděleno do dvou typů:

• krátkodobý účinek silného faktoru trvá od jedné sekundy do 2-4 hodin;
• přechodné přepětí trvá od 2-5 nanosekund do 3-5 milisekund, je oscilační nebo neoscilační, ale má vždy stejný směr.

Někdy se při přetížení kombinují oba typy přepětí. Důvodem jejich vzniku mohou být výboje blesku, přičemž aktuální tepová frekvence závisí na vzdálenosti mezi transformátorem a místem dopadu. Druhým důvodem jsou změny provozních podmínek vytvořených v systému. Spočívají v poruchách, poruchách vedení, zkratech, požárech, častém připojování a odpojování.

Při kontrole kvality ve výrobě jsou jednotky kontrolovány a hlášeny o možnosti nepřetržitého provozu v souladu s normami.