Trasformatore elevatore: caratteristiche progettuali di dispositivi in ​​grado di aumentare e diminuire la tensione

Il trasformatore converte l'energia in reti e impianti progettati per ricevere e funzionare con l'elettricità. Un trasformatore elevatore è un'unità statica alimentata da una sorgente di tensione per trasformare l'alta potenza in bassa potenza. Viene utilizzato per isolare i circuiti di protezione logica e le linee di misura dall'alta tensione.

Concetto di trasformatore

Un dispositivo elettromagnetico con due o più avvolgimenti accoppiati per induzione su un circuito magnetico è chiamato trasformatore. È progettato per variare la tensione CA mantenendo la frequenza e viene utilizzato nella produzione, trasmissione e ricezione di energia elettrica.

L'unità di aumento della tensione contiene una bobina di filo circondata da linee magnetiche situate su un nucleo per condurre il flusso. Il materiale del nucleo è leghe ferromagnetiche. L'unità funziona con capacità elevate, il suo utilizzo è dovuto a diversi indicatori delle tensioni delle linee urbane (circa 6,2 kV), circuito di consumo (0,4 kV) e la potenza richiesta per il funzionamento di apparecchi e macchine elettriche (dalle letture singole a diverse centinaia di kilovolt).

Applicazione nelle reti

I dispositivi sono installati nelle linee elettriche e negli alimentatori dei punti di consumo. Secondo la legge di Joule-Lenz, all'aumentare della corrente viene rilasciato calore che riscalda il filo. Per trasmettere energia su lunghe distanze lineari, la tensione viene aumentata e le correnti vengono ridotte. Quando viene fornita al consumatore, la potenza viene ridotta, poiché per motivi di sicurezza sarebbe necessario utilizzare un isolamento massiccio.

All'inizio della catena è installato un trasformatore elevatore e nel punto di ricezione gli indicatori vengono abbassati. Tali combinazioni vengono utilizzate ripetutamente lungo tutta la linea di trasmissione di potenza, ottenendo condizioni favorevoli per il trasporto di elettricità e creando valori accettabili per il consumatore.

A causa della presenza di tre fasi nella rete, le unità trifase vengono utilizzate per trasformare l'energia. A volte viene utilizzato un gruppo in cui i dispositivi sono combinati in un modello a stella, mentre hanno un'asta conduttrice comune.

Sebbene l'efficienza delle unità ad alta potenza raggiunga quasi il cento per cento, viene ancora generato molto calore. Un tipico trasformatore di una centrale elettrica da 1 GW produce diversi megawatt. Per ridurre questo fenomeno, è stato sviluppato un sistema di refrigerazione sotto forma di serbatoio con liquido non combustibile o olio per trasformatori e un potente dispositivo di distribuzione del calore ad aria. Il raffreddamento è spesso ad acqua, il principio a secco viene utilizzato a bassa potenza.

Sistema magnetico

Un circuito magnetico è un complesso di piastre o altri elementi in acciaio elettrico, composti in una configurazione geometrica selezionata. La struttura contiene i campi dell'unità. Il nucleo magnetico assemblato insieme ai nodi e agli elementi di collegamento forma lo scheletro del trasformatore. La parte su cui sono avvolti gli avvolgimenti è un'asta. L'area del sistema destinata alla chiusura del circuito e non al trasporto delle spire dell'anello è chiamata giogo. La disposizione delle aste nello spazio serve a suddividere il sistema nelle seguenti tipologie:

• design piatto, in cui tutti i core si trovano su un'unica superficie;
• metodo spaziale: aste o anime longitudinali e gioghi si trovano su piani diversi;
• ordine simmetrico: le aste della stessa lunghezza e forma sono posizionate in modo che la loro disposizione spaziale sia la stessa per tutti gli elementi e i nuclei;
• l'azione asimmetrica coinvolge aste di diverso tipo e dimensione, posizionate in modo diverso da parti simili.

Avvolgimenti dell'unità

L'avvolgimento è costituito da singole spire che sono conduttori o da un insieme di tali trasmettitori (trefoli di più fili). Il turnover una volta aggira l'asta, la cui corrente, insieme alle correnti di altri nuclei e sistemi, riproduce il campo magnetico. Il risultato è una forza elettromotrice (EMF).

L'avvolgimento è un insieme ordinato di spire. Forma una catena in cui si sommano le forze indotte nelle rivoluzioni. L'avvolgimento di un'unità trifase è costituito da più avvolgimenti combinati di tre fasi con la stessa tensione.

Le aste del trasformatore step-down e step-up sono realizzate in una configurazione quadrata per il miglior utilizzo dello spazio (aumentando il fattore di riempimento nella finestra dell'asta). Se è necessario aumentare la sezione trasversale del nucleo, viene diviso in più conduttori. Questo viene utilizzato per ridurre le correnti parassite nella guaina. Un conduttore con una sezione trasversale quadrata è chiamato conduttore. In base al funzionamento degli avvolgimenti, sono suddivisi in diversi tipi:

• principale - le bobine, progettate per ricevere o rimuovere l'energia CA convertita o trasformata;
• regolazione - quelli che forniscono uscite per cambiare il rapporto di conversione della tensione con una piccola corrente di avvolgimento e un piccolo intervallo di normalizzazione;
• le spire ausiliarie forniscono energia per le proprie esigenze, mentre utilizzano una bassa potenza, molto inferiore allo stesso valore nominale del trasformatore elevatore.

Il nucleo è isolato con uno strato di carta o vernice smaltata. Due fili protetti paralleli, posti uno accanto all'altro, sono recintati con un comune involucro di carta e sono chiamati cavo trasposto. La sua forma separata è una continuazione continua, che si sviluppa quando la vena di uno strato si sposta allo strato successivo con lo stesso passo in un unico isolamento. La protezione in carta è costituita da sottili strisce larghe 2-4 cm, applicate attorno al cavo. Per ottenere lo strato richiesto di un dato spessore, la carta viene applicata in più strati. A seconda del design, l'avvolgimento è:

1. Privato. Le spire sul nucleo sono disposte nella direzione dell'asse lungo l'intera lunghezza dell'avvolgimento. I turni successivi sono posizionati strettamente l'uno con l'altro, senza lasciare uno spazio tra di loro.
2. Vite. È una delle opzioni per l'applicazione multistrato. Viene lasciata una distanza tra ogni turno.
3. Disco. Un certo numero di unità vengono combinate in sequenza. In essi, le rivoluzioni sono disposte in direzione radiale a forma di spirale. Sullo strato primario, l'avvolgimento viene eseguito verso l'interno e sui cerchi adiacenti viene eseguito verso l'esterno.
4. Foglio. Invece di un cavo rettangolare, vengono utilizzate piastre di rame o alluminio. Sono larghe, con uno spessore che varia da 0,1 a 2,5 mm.

Serbatoio di raffreddamento

È un contenitore per l'olio e allo stesso tempo protegge i componenti attivi dell'unità dal surriscaldamento. Nella progettazione, svolge il ruolo di supporto per dispositivi aggiuntivi e di controllo. Prima del riempimento, l'aria viene rimossa dal serbatoio, il che distrugge l'isolamento e riduce le sue proprietà protettive. Per questo motivo, il serbatoio funziona a bassa pressione atmosferica.

Per ridurre il rumore dal funzionamento del trasformatore, le frequenze sonore riprodotte dall'asta dell'unità devono corrispondere e indicatori simili della risonanza degli elementi strutturali. Per scaricare quando il volume di liquido nel serbatoio aumenta dal riscaldamento, viene installato un vaso di espansione situato separatamente.

L'aumento delle potenze nominali aumenta la velocità degli elettroni all'esterno e all'interno del trasformatore, il che distrugge la struttura. La corrente magnetica di dispersione nel serbatoio agisce in modo simile. Le fodere sono utilizzate da un materiale che non è soggetto a magnetizzazione. Sono posizionati attorno a isolatori ad alto flusso per ridurre il rischio di surriscaldamento. L'interno del serbatoio è realizzato in modo da non consentire il passaggio del flusso magnetico attraverso le barriere del serbatoio. Il materiale con bassa resistenza al magnetismo assorbe il flusso prima che penetri nelle pareti esterne.

Il numero di semicerchi corrisponde quasi al numero di giri di avvolgimento. Con l'aumento delle virate, vengono creati più archi, ma non esiste una stretta proporzionalità. Vicino all'uscita, l'inizio degli avvolgimenti (su due e più bobine) è indicato da un punto in grassetto. Mettono le designazioni dell'EMF che si verifica istantaneamente, di solito sono le stesse alle uscite.

Questo approccio viene utilizzato quando si mostra l'intermediazione degli aggregati nelle catene di conversione per delineare la sincronicità o l'antifase. La designazione è rilevante anche per più bobine, se è richiesta la polarità per il loro funzionamento efficace. L'assenza di una designazione esplicita degli involucri suggerisce che vanno in una direzione, cioè la fine del precedente corrisponde all'inizio del successivo.

Caratteristiche di funzionamento

Per determinare la durata di servizio, viene utilizzato il concetto di durata di servizio economica e tecnica. Il segmento economico termina quando il prezzo della trasformazione di potenza con l'ausilio del trasformatore richiesto supera il costo unitario degli stessi servizi nella corrispondente nicchia di mercato. La durata del servizio tecnico termina con il guasto di un gran numero di elementi che richiedono una revisione importante dell'unità.

Uso parallelo

Tale regolazione trova applicazione in quanto a basso carico il riduttore consente perdite significative al minimo. Per rimediare alla situazione, viene sostituito da un gruppo di dispositivi a bassa potenza, che, se necessario, vengono spenti uno per uno. Requisiti per tale connessione:

• unità con uguale errore angolare tra gli indicatori di tensione secondario e primario sono consentite per l'uso in parallelo;
• i poli ugualmente polari delle regioni a bassa e ad alta potenza sono collegati in parallelo;
• i dispositivi da combinare devono presentare un rapporto di trasferimento di tensione simile;
• la resistenza al cortocircuito dovrebbe differire nella direzione di diminuzione o aumento di non più del 10%;
• il rapporto di potenza dei trasformatori interessati non deve superare 1: 3.

Le unità incluse nel gruppo sono utilizzate con gli stessi parametri tecnici.

Regolazione della frequenza e della potenza

In caso di uguale tensione sugli avvolgimenti primari, le unità con una certa frequenza possono essere azionate con indicatori di rete aumentati con la sostituzione consigliata degli accessori. A una frequenza inferiore a quella nominale, l'induzione aumenta i valori nell'azionamento magnetico, il che porta a un aumento di corrente durante il funzionamento a vuoto e un cambiamento nel suo tipo.

La regolazione della tensione del trasformatore viene utilizzata nella rete poiché il normale funzionamento dei consumatori è possibile solo con la potenza di determinati parametri e le deviazioni minime da essi.

Isolamento e sovratensione

Gli specialisti eseguono test e riparazioni regolari dello strato protettivo del trasformatore, poiché perde le sue proprietà a causa delle alte temperature. Questo vale per l'olio aggregato nel serbatoio di raffreddamento e l'isolamento degli elementi attivi. Dopo il controllo, le informazioni sullo stato dei materiali di protezione vengono inserite nel passaporto dell'unità.

A volte i dispositivi funzionano in condizioni di alta potenza. La sovratensione è classificata in due tipi:

• l'effetto a breve termine di un fattore forte dura da un secondo a 2-4 ore;
• la sovratensione transitoria dura da 2-5 nanosecondi a 3-5 millisecondi, è oscillatoria o non oscillatoria, ma ha sempre la stessa direzione.

A volte entrambi i tipi di sovratensione vengono combinati durante il sovraccarico. Le ragioni del loro verificarsi possono essere scariche di fulmini, mentre la frequenza degli impulsi attuale dipende dalla distanza tra il trasformatore e il luogo dell'impatto. La seconda ragione sono i cambiamenti nelle condizioni operative formate all'interno del sistema. Consistono in guasti, disturbi di conduzione, cortocircuiti, incendi, frequenti allacciamenti e disconnessioni.

Durante il controllo di qualità in fabbrica, le unità vengono controllate e segnalate sulla possibilità di un funzionamento ininterrotto secondo gli standard.