Трансформатори контролю ізоляції 6-10кВ

Трансформатори напруги (ТН) в електричних мережах 6–10 кВ забезпечують безпеку вимірювань, живлення засобів обліку електроенергії, контроль ізоляції обладнання, живлення оперативних ланцюгів, ланцюгів сигналізації, автоматики та релейного захисту. Більшість розрахункових лічильників змонтовано на приєднання 6–10 кВ. Тому для забезпечення надійності та точності роботи до ТН 6–10 кВ висуваються підвищені вимоги. Насамперед це стосується ТН контролю ізоляції (ТНКІ), які, крім всіх перерахованих функцій, повинні забезпечувати захист від пошкоджень при ферорезонансних процесах. Виконання всіх цих вимог веде до збільшення габаритів ТНКИ та до складнощів компонування у малогабаритних осередках КРУ. Надія на підвищення точності обліку енергії за рахунок застосування електронних лічильників та автоматизованих вимірювальних систем не виправдалася через високі систематичні похибки. Певною мірою це стосується ТНКИ, умовою роботи яких є заземлення нейтралі обмотки ВН. Її розземлення усунуло б основну причину їх ушкодження (протікання значних струмів через обмотки ВН на землю) та зменшило похибки.

Завдання, що потребує вирішення

  Протягом тривалого часу розроблялися пристрої захисту, багато з яких були неефективними. Так, застосування ТНКІ НТМІ-6-10, виконаних відповідно до ГОСТ 1983-2001, обмежено через багато недоліків:
  1. Часті пошкодження при ферорезонансних явищах в електричній мережі. Включення резисторів у ланцюг розімкнутого трикутника R=25 Ом або в нульовий вивід обмотки ВН резисторів R<10 кОм не забезпечує його захисту від пошкодження*. Постійне включення в нульовий висновок ВН як активних, так і індуктивних опорів більше 10 ком забезпечує його захист, але в цьому випадку збільшується похибка вимірювання пропорційно зі збільшенням значення опору;
  2. При однофазному замиканні на землю в мережах 6-10 кВ обмотка ВН фази, що замкнулася, ТН шунтується і його схема з'єднання стає аналогічною схемою відкритого трикутника. Відомо, що в цьому випадку при підключеному навантаженні до висновків фаз А і З обмотки ПН виникають неприпустимі похибки. Це відноситься до двох трансформаторів напруги, включених за схемою відкритого трикутника, і трансформатора НАМИ-10/6, де також використовуються два ТН;
  3. Мала номінальна потужність трансформатора дозволяє підключити трохи більше чотирьох приєднань 6–10 кВ, де використовуються індукційні лічильники.

Таким чином, найбільш актуальним завданням було створення ТНКІ, що не має всіх перерахованих вище недоліків, а найскладнішою виявилася проблема захисту ТН від ферорезонансних процесів. Думаємо, що на даний момент найбільш надійним і ефективним виявився пристрій, розроблений у 1985 році і що має авторське свідоцтво на винахід N1319158 СРСР, МКИ3 НО2Н9/04 (Пристрій для захисту від резонансних перенапруг трансформатора напруги в мережі з ізольованою нейтраллю / Ю.А. , А. П. Кузнєцов, М. Н. Ігнатьєв / / Відкриття. Винаходи. - 1987, N 23). У цьому пристрої був використаний індуктивний елемент, виконаний у вигляді однофазного трансформатора напруги нульової послідовності (ТНП), первинна та вторинна обмотки якого підключаються відповідно між нейтралями первинної та вторинної обмоток трифазного трансформатора напруги та землею.

До ідеалу ще далеко

У трансформаторів серії НАМІ 6-10-35 кВ та НАМІ-10/6-95 (випускаються з 1995 року на Раменському електротехнічному заводі) як індуктивний елемент також використовується трансформатор нульової послідовності, включений аналогічно схемою описаного вище пристрою. Відмінність полягає в тому, що додаткова вторинна обмотка 3U0 розташована на стрижні трансформатора нульової послідовності. На трьох стрижнях першого трансформатора міститься компенсаційна обмотка, з'єднана в замкнутий трикутник без зовнішніх висновків, що суперечить ГОСТ 1983-2001. Ці відхилення від схеми, запропонованої у зазначеному авторському свідоцтві, знижують ефективність ТНКІ, а також визначають збільшення похибок як у нормальному режимі, так і однофазного замикання.

Відомо, що у будь-якому разі, коли в обмотки ВН нейтраль заземлена, можуть виникати ферорезонансні процеси. Прикладом їхнього прояву можуть бути ситуації, що склалися з трансформаторами НАМИ-6 на Самарській ТЕЦ та НТМІ-6–10 на двох знижувальних підстанціях 35/6 та 110/10 кВ Самарської області.

Процеси відбувалися за симетричного режиму, але без підключених до шин ліній електропередачі 6-10 кВ. Вони супроводжувалися хибним сигналом про замикання на землю, сильним нагріванням резисторів, підключених до обмотки 3U0 у трансформаторів НТМІ-6-10 (у трансформатора НАМІ резистор не встановлюється), підвищенням фазної напруги у НТМІ-6-10 до 125 В, а 3U0 до 2 В. Значення лінійної напруги 100 В залишалися без змін, струм ферорезонансу в цьому випадку менше номінального струму високовольтної обмотки ТН. Після відключення резисторів, реле та апаратів (включених на Uф або 3U0) з Uн меншими, ніж напруги 125 або 220, трансформатори тривалий час працювали нормально і при підвищених значеннях напруги. При цьому не була можливість фазування з іншими секціями.

трансформатор контроля изоляции-схема соединения

Ферорезонанс припинявся після включення однієї з ліній електропередачі, хоча згідно з методом, описаним в авторському свідоцтві, для припинення ферорезонансу достатньо було б шунтувати або дешунтувати вторинну обмотку трансформатора нульової послідовності ТНП.

У 1985-1990 роках. на семи підстанціях 35/10 кВ ВАТ «Самараенерго» із сумарною довжиною повітряних ліній 10 кВ 40–60 км на секцію, де за однофазних замикань ушкоджувалися трансформатори НТМІ-10, були встановлені ТНП, включені за схемою, описаною в авторському свідоцтві. Як ТНП застосовувалися трансформатори напруги НОМ-6. У цьому використовувалася автоматична схема оперативних ланцюгів. Після встановлення антирезонансного пристрою ферорезонансні явища практично миттєво усувалися і пошкодження ТНКІ припинилися.

Повертаючись до вже розглянутих трансформаторів НАМІ-6-10-35 кВ (див. рис. 1) та НАМІ-10/6-95, треба зазначити, що у них струм компенсаційної обмотки, з'єднаної в замкнутий трикутник, істотно впливає на збільшення його похибок завжди виникнення напруги небалансу цієї обмотки.

Нульова робоча точка вторинної обмотки, зібраної у зірку, перенесена на точку вторинної обмотки нульової послідовності – ТНП. Внаслідок цього клас точності, згідно із заводськими даними, при вимірюванні фазних напруг знижується до класу точності 3.
Відсутність висновків вторинної обмотки замкнутого трикутника не дозволяє оцінити її технічний стан у процесі експлуатації, визначити опір ізоляції, опір обмоток постійному струму, перевірити відсутність коротких виткових замикань і обриву ланцюга обмоток.

  Це є порушенням "Норм випробування електрообладнання". Наприклад, відсутня можливість виявлення виткового замикання у процесі налагодження та експлуатаційних перевірок, що збільшує ризик загоряння ТН.

Трансформатори напруги НАМІ-10/6-95 відрізняються від НАМІ-6-10-35 кВ наявністю на стороні ВН додаткової компенсаційної обмотки, схема включення якої аналогічна схемою з'єднання обмоток ВН трансформатора напруги типу НТМК. Щоб виключити можливості пошкодження трансформатора НТМК, нейтраль його обмоток ВН згідно з ГОСТ 1983-2001 не заземлюється, а у НАМІ-10/6-95 заземлена. При порушенні порядку чергування фаз високого боку ТН компенсаційні обмотки не зменшуватимуть, а збільшуватимуть похибку. Слід зазначити також, що у заводській схемі НАМИ-10/6-95 не відображено схему з'єднання компенсаційної обмотки, з'єднаної в зірку.

трансформатор трансформатор расчет напряжениятаблица расчета трансформатора

Режими. Запитань багато

На рис. 2 показана електрична схема з'єднань трансформатора контролю ізоляції типу НАМІ-10/6. Цей трансформатор є антирезонансним лише для обмоток фаз А і З, включених за схемою відкритого трикутника, оскільки ці високовольтні обмотки немає заземлення. Однак відомо, що схема, що розглядається, виключає можливість підключення навантаження до висновків а-с через виникнення недопустимих похибок. А робота ТНКІ з незавантаженими висновками а-с практично нереальна.

У разі використання схеми відкритого трикутника неможливий контроль стану ізоляції високовольтної електричної мережі. Для виключення цього недоліку в корпусі трансформатора встановлено додатковий трансформатор, високовольтна обмотка якого підключена до фази, а другий її виведення заземлений.

Низьковольтні обмотки розімкнутого трикутника зібрані так, щоб у нормальному режимі геометрична сума вторинної напруги дорівнювала нулю. Це досягається тим, що напруга на обмотках ах і cz дорівнює відповідно: Uаb/3 і Ucb/3, а на обмотку by подається напруга Ubo. Причому полярність обмотки трикутника змінена. Внаслідок цього векторна діаграма трансформатора напруги НАМИ-10 набуде вигляду, де сума напруг дорівнює нулю: Uаb/3 + Ucb/3 + Ubo = 0.

При замиканні на землю будь-якої з фаз А, В, З цієї формули виключається одне з доданків і на висновках розімкнутого трикутника з'явиться напруга, рівне геометричній сумі векторів двох складових фаз, що залишилися.

Виникнення ферорезонансних явищ у нормальному режимі та режимі замикання на землю фаз А або С – значний, на наш погляд, недолік трансформатора НАМІ-10.

У нормальному режимі при рівності індуктивного опору обмотки фази В і сумарного ємнісного опору електричної мережі виникає ферорезонансний процес, який через малі струми не викликає пошкоджень трансформатора напруги, але визначає недопустиме підвищення фазної напруги і напруги 3U0 розімкнутого трикутника** замикання на землю в електричній мережі. При замиканні на землю фази А або С при рівності індуктивного опору обмотки фази і ємнісного опору між фазами АВ або СВ виникає ферорезонанс з можливим пошкодженням трансформатора.

Крім того, слід зазначити, що вектори фазних напруг Uао та Uсо отримані штучним шляхом – додаванням двох векторів інших фаз, а саме: Uао = Ubo + Uab та Uсо = Ubo + Ucb. Внаслідок цього Uао та Uсо не відповідатимуть своїм істинним параметрам. Похибки ТНК НАМИ-10 в нормальному режимі і при нормальному навантаженні представлені в таблиці. Для класу точності 0,5 межа допустимої похибки напруги +0,5%, кутовий +20'.

Модель, що відповідає умовам завдання

У точній відповідності до авторського свідоцтва на вказаний вище винахід випускається трифазний антирезонансний ТНКІ марки НАМІТ-10-2 (виробляються з 1997 р. у ВАТ «Самарський трансформатор»). На рис. 3 представлена схема з'єднання НАМІТ-10-2, а на рис. 4 – автоматична схема оперативних кіл.

Нормальний режим роботи ТНК здійснюється при замкнутій вторинній обмотці ТНП за допомогою перемикача SA або при автоматичному режимі контактами реле KL. У цьому режимі обмотка високої напруги ТНП має тільки активний опір порядку 6 кОм, що забезпечує зниження зазначеного негативного ефекту роботи ТНКИ в режимі відкритого трикутника при однофазному замиканні в електричній мережі.

При симетричному трифазному напрузі з допомогою неідентичності повного опору фаз А, У, З боку ВН на висновках пекло – хд виникає напруга небалансу Uнб. При розмиканні вторинної обмотки ТНП опір його обмотки ВН збільшується до 300 кОм і, як наслідок, через збільшення падіння напруги на ній підвищується напруга зміщення нуля Uо обмотки ВН. Це викликає зростання напруги Uнб на висновках пекло – хд.

При виникненні ферорезонансу (XL=XC), автоматично розмикається вторинна обмотка ТНП. При цьому опір первинної обмотки збільшується до 300 кОм, рівність XL=XC порушується і ферорезонанс зривається.

При однофазному замиканні на землю при шунтуванні та дешунтуванні обмотки ПН ТНП напруга Uнб на висновках пекло – хд дорівнює відповідно » 100 В і » 70-80 В. При шунтуванні обмотки ПН ТНП струм у ній досягає значення 7-8 А, що менше допустимого струму цієї обмотки. Однак цей струм не впливає на навантаження ТНКІ, а отже, і на його похибку. Оптимальним з точки зору виконання функціональних можливостей та вимог до класу точності серед трансформаторів контролю ізоляції в мережі 6-10 кВ слід вважати ТНКІ марки НАМІТ-10-2, що виготовляється у ВАТ «Самарський трансформатор» відповідно до Патенту N 1319158 на винахід «Пристрій для захисту від резонансних перенапруг трансформатора напруги в мережі з ізольованою нейтраллю».

Автори: Степанов Ю.А., Кузнєцов А.П., Ігнатьєв М.М. 

 До списку статей

10 факторів, які треба враховувати під час купівлі трансформатора.

Наша команда розробників та виробників трансформаторів «Елста» хоче запропонувати у цій статті основні специфікації трансформаторів, які цікавлять замовника – покупця, технічні характеристики, вимоги монтажу та умови експлуатації.

выбор трансформаторов

Тут наведено перелік найважливіших питань, що стосуються технічних характеристик електричного трансформатора.

Скільки фаз потрібно?

Перед тим як вибрати трансформатор, вам потрібно визначиться, який трансформатор вам потрібно однофазний або трифазний. Це буде визначатися параметрами обладнання, яке ви використовуєте та параметрами вашої мережі. Наприклад, більшість людей у країнах СНД використовують лише одну фазу, оскільки це достатньо для більшості невеликих пристроїв та машин, на той час трифазні трансформатори є більш поширеними на промислових підприємствах, а також використовуються у виробничих циклах малого та середнього бізнесу.

При проектуванні трансформатора ви повинні знати вхідну та вихідну (вторинну) напругу. Це визначається параметрами мережі, до якої підключено трансформатор та напругою обладнання, яке ви використовуєте. Наприклад, вхідна (первинка) і вихідна (вторинка) напруги змінюються в залежності від вхідного джерела живлення та споживаної потужності. Наприклад, те саме обладнання може підключатися як до американської мережі на 110-120 В так і європейської 220-230 В, природно, щоб воно працювало коректно необхідний трансформатор, або підвищує 110-220 В або знижує 220-110 В. Частота трансформатора , зазвичай, визначається частотою мережі. Іноді частота, що входить, відрізняється від вихідний. Зазвичай це робиться за допомогою перетворювача частоти на виході трансформатора.

Наприклад, більшість трансформаторів працює на частоті 50 Гц, однак якщо обладнання імпортується зі США частота буде 60 Гц. Тут вам знадобиться спеціально розрахований та виготовлений трансформатор.

Потужність трансформатора

Важливий фактор при виборі трансформатора - це величина і характер навантаження. Потужність трансформатора приблизно визначається добутком напруги та струму первинної обмотки. Чому приблизно? Навантаження може бути активним (нагрівач, наприклад), активно-реактивним, як більшість споживачів-електродвигуни, і т.д. необхідно враховувати реактивну потужність, у цьому випадку сумарна потужність трансформатора буде більшою. Для коректного розрахунку трансформатора можете звернутися до спеціалістів. Важливий фактор – діаграма включень – вимкнень. Якщо трансформатор більшу частину часу вимкнений або працює в режимі холостого ходу, а номінальне навантаження короткочасне, трансформатор може бути розрахований на меншу потужність і навпаки, якщо при постійному номінальному навантаженні трансформатор постійно перебуває в перехідних режимах вмикання-вимкнення (при яких струми зростають у 3- 5 разів) необхідно закласти запас за потужністю.

Призначення трансформатора

Необхідно також при замовленні трансформатора враховувати, де він працюватиме, це визначає клас ізоляції, конструктив у герметичному корпусі або просто неба, під водою або в сухому приміщенні. Важливий так званий K - фактор - шкідливі гармоніки, які трансформатор відсікатиме і передаватиме в мережу чисту синусоїду або автотрансформатор, який передаватиме всі перешкоди у вторинний ланцюг.

В якому середовищі експлуатуватиметься трансформатор?

Важливо розуміти, де трансформатор буде використовуватися всередині або зовні приміщення, в хімічно агресивному або нейтральному середовищі, високо в горах або на рівні моря, на транспорті або стаціонарно, поблизу морської води чи ні. Значну роль грає також температура довкілля. Якщо умови охолодження трансформатора не виконуються, і він весь час працює в режимі перегріву, необхідно або знижувати потужність навантаження, або розраховувати потужніший трансформатор, або включати паралельно в навантаження ще один трансформатор, щоб розвантажити основний. Якщо трансформатор використовується в хімічно активному або вологому середовищі одним з недорогих способів прибрати вплив шкідливих складових середовища – помістити трансформатор у герметичний корпус, але тут важливо виконати всі температурні вимоги, щоб не допустити його перегрівання та передчасного виходу з ладу.

Яким вимогам щодо габаритів має задовольняти трансформатор?

Необхідно враховувати, що в залежності від конструкції кожен трансформатор має так звану «габаритну потужність». Оптимальною конструкцією на сьогоднішній день має тороїдальний трансформатор — у плані кріплення та охолодження рівних йому немає. Бувають ситуації, коли з якихось причин неможливо виконати та помістити трансформатор із необхідними параметрами у конкретне місце. В цьому випадку необхідно виготовити кілька трансформаторів та зробити так зване «трансформаторне складання». Основна проблема в цьому випадку – абсолютна точність виготовлення. Трансформатори мають бути абсолютно ідентичними.

Яке з'єднання обмоток необхідне?

У разі використання трифазного трансформатора необхідно знати, як з'єднувати обмотки трансформаторів (фаз): у зірку чи трикутник. Також первинна та вторинна обмотки можуть з'єднуватися по-різному, залежно від того, чи потрібна нейтраль чи ні.

Від правильного вибору трансформатора залежить його тривала експлуатація та надійність, а також надійність роботи підключеного обладнання. Наша компанія готова допомогти вам у розрахунку та виготовленні необхідного трансформатора у найкоротші терміни (у нашому випадку максимум до 10 днів).

Замовити та розрахувати трансформатор

До списку статей

                                                                                                          

 

Випробування трансформаторів на нагрівання (частина 1)

Завдання випробування

Випробування на нагрівання є типовим, проводиться над першим трансформатором новоствореного типу і повторюється не рідше 1 разу на 2 роки або в інші терміни, обумовлені технічними умовами. Типові випробування повторюються також, повністю або частково, у разі внесення змін до конструкції або технологічного процесу виготовлення трансформаторів, а також при заміні застосовуваних матеріалів, якщо зазначена заміна може позначитися на характеристиках трансформатора. Нагрів трансформатора в основному визначається його втратами та умовами охолодження. та короткого замикання Рк
Р = Рн-(Р0 + Рк).
Потужність, що втрачається в трансформаторі в процесі перетворення електричної енергії, виділяється у вигляді тепла в обмотках, магнітопроводі та інших частинах конструкції. Тепло, що виділяється, призводить до нагрівання обмоток, матнтопроводу, окремих вузлів конструкції і масла (у трансформаторів з масляним заповненням). З ізоляційних матеріалів, що застосовуються в трансформаторі, найменш теплостійкими є масло (у масляних трансформаторів) та паперова ізоляція. З цього може бути зроблений висновок, що потужність трансформатора обмежується головним чином нагріванням його обмоток, які безпосередньо стикаються з паперовою ізоляцією та маслом. Випробуванням на нагрівання визначається відповідність цього типу трансформатора його номінальної потужності.
Нагрів трансформатора залежить не тільки від величини втрат, але й від інтенсивності відведення тепла, яке передається від нагрітих частин до зовнішніх поверхонь, що відводять тепло.
Так частки масла, що стикаються з нагрітим магнітопроводом і обмотками, піднімаються і віддають своє тепло кришці і стінкам бака, які, у свою чергу, віддають тепло навколишнє середовище. Найбільш нагріте масло (по висоті бака) знаходиться не в верхніх його шарах, а трохи нижче. Це тим, що у місцях безпосереднього зіткнення олії з кришкою віддача тепла олією відбувається інтенсивніше. Температура олії у горизонтальному напрямку також не є однаковою. Шари олії
в місцях зіткнення його з основними джерелами тепла - магнітопроводом і обмотками мають більш високу температуру, а в міру віддалення від них і наближення до стінок
Бака температура олії поступово знижується. В сухих трансформаторів Трансформатор сухой силовой 45кВАвідведення тепла проводиться повітрям. Ефективність відведення тепла залежить від величини охолоджуючих поверхонь трансформатора, тобто розміру поверхні обмоток і магнітопроводу, що стикаються з охолоджуючим маслом (або повітрям), і від площі поверхні бака, що стикається з повітрям, що охолоджує. З цією метою залежно виконуються з каналами, які збільшують поверхню обмотки, що стикається з маслом. У трансформаторах потужністю понад 1000 кВА охолодні канали виконуються і в магнітопроводах. Охолоджувальна поверхня бака збільшується шляхом зварювання сталевих труб або шляхом приєднання до бака радіаторів, якими циркулює масло. Трансформатори невеликої потужності виконуються із гладкими баками. Кінцева мета випробування на нагрівання - це визначення відповідності температур мастила (у масляних трансформаторів), обмоток та магнітопроводу при тривалому навантаженні трансформатора номінальною потужністю вимогам стандартів та технічним умовам. Температура обмоток, олії та магнітопроводу складається з температури охолоджуючого середовища, за яку приймається температура навколишнього повітря Tокр, та підвищення температури частин трансформатора T (обмотки, олії, магнітопроводу) над температурою навколишнього середовища t=T+Tокр. Усі трансформатори повинні бути придатними для роботи в умовах температури навколишнього середовища до +50° С, а перевищення температури над навколишнім повітрям не повинно перевищувати наступних значень:
  • обмотки……70° З— середня температура
  • магнітопровід. . . 75 ° С - на поверхні
  • масла…….60° З — у верхніх шарах
В даний час в сухих трансформаторах починають застосовувати ізоляційні матеріали, більш теплостійкі ніж папір з неорганічних електроізоляційних матеріалів з використанням для їх зв'язування кремній-органічних лаків і смол. До цих матеріалів відносяться скловолокно, фарфор, слюда, азбест та ін. Вони мають більшу нагрівальностійкість, ніж електроізоляційні матеріали з органічних матеріалів (папір, картон), і можуть застосовуватися при температурі, що перевищує 180° С. У трансформаторах з масляним заповненням застосування ізоляційних нагрівстійких матеріалів недоцільно, оскільки сама олія обмежує можливість їх використання за допустимим для нього нагріванням.
При використанні ізолюючих матеріалів з підвищеною натрійкою стійкістю допустимі перевищення температур обмоток і магнітопроводу повинні вказуватися в спеціальних технічних умовах. У зв'язку з тим, що нагрівання трансформатора визначається величиною втрат, за номінальний режим при випробуванні на нагрівання приймають умови, за яких тривало підтримуються втрати холостого ходу та втрати короткого замикання, наведені до температури 75°.

Замовити сухий трансформатор

До списку статей

Явлення при включенні чи вимкненні трансформатора

Явища, що мають місце в трансформаторі при його включенні або привиключенні, являють собою явища стану, що невстановився, що тривають лише частки секунди. Незважаючи на незначну тривалість цих явищ, вивчення їх вкрай необхідне, тому що наслідки їх, якщо не прийняти певних протимірів, можуть вивести з ладу трансформатор або прилади, включені до його ланцюга. Не ставлячи за мету детально викласти теорію згаданих вище явищ, ми обмежимося надалі лише найголовнішими моментами цієї теорії.

Явлення під час увімкнення трансформатора.

Трансформатор, що включається в ланцюг при розімкнутому вторинному ланцюгу у всьому подібний до звичайної реактивної котушки із залізом. Припустимо попередньо, що реактивна котушка не має залізного сердечника, а активний опір її обмотки мізерно мало і їм можна знехтувати. При встановленому режимі магнітний потік реактивної котушки змінюється відповідно до основного закону електромагнітної індукції: v=w*dФ/dt*10-8 ,де де v — миттєве значення прикладеної напруги, w — число витків котушки, dФ —зміна за час dt магнітного, що пронизує котушку потоку. Повна зміна магнітного потоку за будь-який проміжок часу t, що відраховується від нульового значення потоку, виразиться включение трансформаторасумою змін за той самий проміжок часу і дорівнюватиме
Фt =0 /tdФ=0 /tvdt/w×10-8
Потік Фt являє собою потік, який пронизує котушку в момент часу t. Він є інтегральною функцією прикладеної напруги. Отже, якщо напруга змінюється синусоїдальної кривою, то і магнітний потік буде змінюватися також синусоїдальної кривої зі зсувом по фазі на 1/4 періоду. При невстановленому режимі включення магнітний потік реактивної котушки змінюється згідно з тим же основним законом електромагнітної індукції, але форма кривих зміни його в часі залежить від моменту включення котушки на первинну мережу. через максимальне значення (рис.1а).

У перший момент включення магнітний потік дорівнює нулю. Але він відразу ж почне наростати по кривій, яка є інтегральною кривою напруги V1, на малюнку 1а по кривій Фy. Починаючи з нульового значення, потік буде наростати доти, доки напруга має позитивне значення, тобто до моменту нульового значення напруги. У цей момент магнітний потік досягне найбільшого значення і почне вже зменшуватися. Цілком ясно що зміна магнітного потоку буде в даному випадку відбуватися по тій же синусоїдальної кривої, що і при режимі, що встановився з відставанням від напруги на 1/4 періоду. Оскільки передбачається, що заліза в реактивної котушці немає, то струм, що намагнічує, у своїй зміні збігатиметься по фазі з магнітним потоком, тобто. буде змінюватися по синусоїдальній кривій, що збігається з кривою потоку, на рис. 1а по кривій iy. З огляду на те, що наростання магнітного потоку при аналізованому включенні таке ж, що і при встановленому режимі, струм включення буде дорівнює струму, що встановився. Припустимо, що котушка включається в момент проходження напруги через нуль (рис. 1б). Починаючи з цього моменту, магнітний потік котушки наростатиме до тих пір, поки прикладена напруга не стане рівною нулю, тобто протягом півперіоду. Збільшення потоку припиниться в момент проходження напруги через нуль. Протягом наступного півперіоду потік зменшуватиметься, поки напруга не змінить свого напрямку.
Зміна магнітного потоку у разі зобразиться на рис. 1б кривої Ф, а зміна струму, що намагнічує, кривої i. Так як крива магнітного потоку Ф в період його наростання є інтегральною кривою за напівперіод, а не за 1/4 періоду, як у першому включенні, то ясно, що найбільше значення ординати кривої Ф, а отже і кривої i, вдвічі більше відповідних значень ординат кривих Фy та iy. Це означає, що струм включення реактивної котушки без заліза в момент проходження напруги через нуль вдвічі більше струму включення тієї ж котушки в момент проходження напруги через найбільше значення. Якби активний опір котушки був дійсно рівний нулю, то магнітний потік і, отже, струм пульсуваливключение трансформаторва в сеть б невизначено довгий час, не змінюючи своїх знаків, тобто струм у ланцюзі котушки був би пульсуючим постійного напрямку. Намагнічуючий струм i (так само, як і магнітний потік Ф) в даному випадку включення ми можемо уявити собі хіба що складеним з струму iy встановленого режиму і постійного струму iп, рівного найбільшому значенню струму Iy, що встановився (рис.2), тобто. при включенні котушки на струм, що намагнічує, встановленого режиму iy як би накладається постійний струм iп. Наше припущення, що активний опір (рис.2). котушки одно нулю, не збігається з дійсністю. Наявність активного опору швидко знижує постійний струм Iп до нуля, внаслідок чого струм включення поступово переходить в струм стану, що встановився. У тому випадку, коли котушка включається в проміжний момент між найбільшим і нульовим значеннями напруги, крива струму включення по своєму вигляду займає середнє положення між кривими струму розглянутих випадків включення.Кривая тока включения трансформатора На рис.3 зображена крива струму включення i в припущенні, що включення сталося через період часу t після проходження напруги V1 через нуль, і що активний опір котушки не дорівнює нулю. Легко бачити, що струм включення в цьому випадку вже не є пульсуючим, постійним у напрямку, але він і не змінний симетричний струм режиму, що встановився. Цей струм ми можемо розглядати як результат складання двох струмів: струму режиму, що змінюється, що змінюється по кривій iy, і струму постійного за напрямком, що спадає по кривій in. Суми ординат кривих iy та in дають ординати кривої i. Величини струмів iy і iп, а також час, протягом якого постійний струм зникає і струм включення переходить в струм, що встановився, залежить від величини активного опору котушки R і коефіцієнта самоіндукції L.

Дійсний трансформатор, що включається на первинну мережу вхолосту, відрізняється від розглянутої реактивної котушки тим, що він має дуже великий коефіцієнт самоіндукції і має залізний сердечник. Наявність заліза значною мірою збільшує струм включення. Насправді, нехай включення відбулося в момент проходження напруги через нуль. Магнітний потік повинен збільшитися в цьому випадку до подвійного свого значення режиму, що встановився. Отже, має подвоїтися індукція в залозі, що призведе до сильного насичення його та великого магнітного опору. Остання обставина має наслідком надмірне зростання струму, що намагнічує, включення.Осцилограмма токов включения трансформатора
У сучасних трансформаторів, особливо з штучним охолодженням, магнітна ланцюг береться з великим насиченням, тому кидки струму при включенні повинні бути великими. Осцилограми струмів включення сучасних трансформаторів показують, що кидки струму перевершують амплітуду нормального струму, що намагнічує, раз в 100—120. Так як нормальний струм, що намагнічує, становить 5-10% нормального струму навантаження, то кидки струму при включенні можуть перевищувати нормальний струм навантаження в 8-12 разів. Такі струми небезпечні для приладів, включених у ланцюг трансформатора, та небажані для мережі, до якої підключається трансформатор. Небажані вони і для самого трансформатора через ті механічні зусилля, які виходять між котушками обмотки. Через короткочасність ці струми не є небезпечними в тепловому відношенні. Щоб проілюструвати сказане про включення трансформатора, на рис.4 наведені осцилограми струмів включення одного трансформатора, причому перша осцилограма відповідає випадку включення при переході напруги через максимальне значення. через амплітуду його, а друга осцилограма - нагоду включення при переході через нуль. З метою послабити струм включення застосовують рубильники з так званими попередніми контактами, за допомогою яких у перший момент у ланцюг трансформатора вводиться великий опір, що замикається коротко при подальшому русі ножа рубильника. Крім явища неустановившегося струму, при включенні трансформатора мають місце явища неустановившегося напруги, які часто ведуть до надмірного підвищення напруги між сусідніми витками обмотки і між затискачами трансформатора. Причина цих явищ лежить у вільних коливаннях, що виникають у ланцюгу, що складається або з ємності лінії та самоіндукції самого трансформатора, коли останній включається з підключеною до лінії вторинною обмоткою, або з ємності самого трансформатора та його самоіндукції, коли включається одна обмотка вищої напруги, що має досить велику ємність. Математичним аналізом вільних коливань неважко показати, що ці коливання можна розглядати як рівнодіючі хвиль, що біжать, з крутим фронтом, що переміщаються по ланцюгу в протилежні сторони з дуже великою швидкістю, причому взаємний зсув їх і висота фронту залежать від того, в який момент зміни напруги включається трансформатор. Біжуча хвиля, переміщаючись по обмотці трансформатора, дає між витком, над яким в даний момент розташувався фронт хвилі, і наступним за ним витком напруга, що значно перевершує ту напругу, яка є між витками при стані. Якщо включення трансформатора відбувається в момент переходу напруги мережі через найбільше значення (амплітуду), то висота фронту хвилі, а отже, і напруга між сусідніми витками може досягти величини амплітуди напруги мережі, тобто в десятки разів перевершувати нормальну напругу між витками, що дорівнює V/w, де w-число витків обмотки.

Для трансформаторів низької напруги, у яких запас діелектричної міцності ізоляції великий у порівнянні з напругою, що обслуговується, таке перенапруга між витками небезпечно. Воно небезпечне для трансформаторів високої напруги, у яких ізоляція працює ближче до пробивної напруги. Засобом боротьби з пробоями від місцевих перенапруг є посилення ізоляції перших витків обмотки та включення перед обмоткою реактивної котушки. Крім місцевого перенапруги, хвилі, що біжать, за сприятливих до того умов включення можуть дати перенапругу і на затискачах обмотки, що досягає подвійної величини нормальної напруги.

Явлення при вимкненні трансформатора

Явлення при вимкненні трансформатора багато в чому залежать від умов розриву ланцюга, а саме: від стану та роду контактів вмикача, від швидкості розриву ланцюга, від середовища, в якому відбувається розрив ланцюга, і т. д. Час зникнення струму в ланцюзі залежить не тільки від швидкості розбіжності контактів вимикача, а й від швидкості, з якою гасне вольтова дуга, що утворюється між контактами, що розходяться. У погано сконструйованих вимикачів після фактичного розриву ланцюга струм у ній підтримується ще кілька періодів через дугу вольта. Наявність вольтової дуги, що викликає вільні коливання, може призвести до значного перенапруги у трансформаторів високої напруги, ємність обмоток яких досить велика. Однак і в тому випадку, коли вимикання не супроводжується помітною вольтовою дугою, наприклад у масляних вимикачів, може вийти у обмотки велике перенапруга, цього разу внаслідок швидкого зменшення струму, тобто внаслідок значно перевищує нормальну величину відношення di/dt; швидко спадаюче поле індукує в цьому випадку велику напругу в обмотці трансформатора.
Небезпечні перенапруги виникають у трансформаторі і тоді коли він, будучи приєднаний до одного лише генератора (а не до шин станції), відразу буде вимкнений при повному навантаженні з боку високої напруги, тобто з боку вторинного кола. Справа в тому, що сучасні трансформатори і при нормальній для них напрузі працюють з досить сильним насиченням якщо ж ця напруга значно підвищиться, як це має місце в даному випадку при скиданні навантаження з генератора, особливо турбогенератора з його майже прямолінійною кривою намагнічування, то насиченість магнітної ланцюга трансформатора зросте дуже великою мірою, але це поведе до сильного спотворення кривої намагничивающего струму, тобто. до появи в ній вищих гармонік. Ці гармоніки викличуть у ланцюги генератора і трансформатора коливання всіляких частот, аж до найвищих, які значною мірою можуть підвищити амплітуду напруги, тобто викликати перенапругу на затискачі обмоток трансформатора.Резонанс в цепи с трансформатором Крім того внаслідок високої частоти можуть виникнути в обмотці місцеві коливання, що тягнуть за собою псування ізоляції між витками. Перенапруження у обмотки трансформатора з'являється також при вимкненні довгої лінії або кабелю без навантаження. Воно є наслідком вторинного включення лінії, що відбувається через повторно з'являється вольтову дугу між контактами вимикача, що вже розійшлися. Це вторинне запалення дуги пояснюється так. При вимкненні лінії в момент проходження струму через нуль - а в цей момент і вимикають зазвичай масляні вимикачі, - напруга проходить через амплітуду його (бо навантаження довгої лінії -майже ємнісне); ця напруга і залишиться на відключених кінцях лінії як зарядна напруга. Напруга ж обмотки трансформатора продовжуватиме змінюватися по синусоїді. Через пів періоду між контактами вимикача з боку трансформатора і контактами вимикача з боку лінії буде діяти подвійна нормальна напруга, яка може викликати вольтову дугу і вторинне включення лінії, але вже при подвійному напрузі. Це включення лінії дасть хвилі з фронтом подвійний, що біжать в протилежні сторони, в порівнянні з нормальним включенням, висоти, а отже, і небезпечні перенапруги як для лінії, так і для трансформатора. При поганому пристрої контактів або при повільному вимкненні повторне загоряння дуги може мати місце кілька разів. Недосконалість вимикача, а саме не одночасне включення всіх фаз, псування одного з контактів або обрив однієї або двох фаз лінії - також можуть дати перенапругу трансформатора, що знаходиться на кінці лінії. Справді, якщо одна лінія буде розімкнена, то з самоіндукції трансформатора, ємності цієї розімкнутої лінії і послідовно з нею з'єднаної ємності решти лінії (рис.5) утворюється ланцюг, в якому можуть виникнути вільні коливання тієї ж частоти, що і частота живильного струму. Результатом цього в ланцюзі з'явиться резонанс напруги, а отже, і перенапруга обмотки трансформатора, що доходить до великої величини.

Нюанси проектування імпульсних трансформаторів на тороїдальному сердечнику

Тороїдальні магнітні системи компонуються з тороїдальних (кільцевих) магнітопроводів, число яких може бути від одного до кількох десятків. Кожен магнітопровід виготовляється у вигляді навивки стрічки на кільцеву оправку (див. рис. 1 ), тобто. технологія в принципі така ж, як у кручених стрижневих. Для навивки використовується стрічка з трансформаторної сталі марок 3421-3425 або пермалою. Виготовлені з трансформаторної сталі магнітопроводи завдяки спіканню ізолюючого покриття стрічки мають досить високу механічну міцність та допускають компонування імпульсного трансформатора без спеціальних захисних деталей. Виникаючі при кріпленні магнітопроводів механічні напруги не істотно впливають на магнітні властивості магнітної системи. При складанні перевага надається вертикальній установці магнітопроводів, так як при цьому забезпечується краща конвекція олії у торцевих частин магнітопроводів і, отже, полегшується тепловідведення. Горизонтальна установка застосовується у тих випадках, коли для збільшення площі перерізу магнітна система набирається з великої кількості магнітопроводів. І тут велика нерівномірність поперечного перерізу: b > а. При вертикальній установці магнітопроводів "довга сторона" витків виявляється горизонтальною, що призводить до їх провисання. При горизонтальній установці навпаки «довга сторона» витків вертикальна і провисання виключено. На відміну від магнітопроводів із трансформаторної сталі магнітопроводи з пермалою легко деформуються та їх магнітні властивості суттєво змінюються при різних механічних впливах.

   З цих причин магнітопроводи з пермалою зазвичай поміщають у захисні обичайки з немагнітного металу або механічно міцного діелектрика (див. рис.2). Металеві обичайки можуть бути з 
Импульсный трансформатор на торе

міді, алюмінію, нержавіючої сталі. Гідність обіцянок з міді та алюмінію полягає в їхній високій теплопровідності, що полегшує охолодження магнітної системи. Однак недостатня механічна міцність обічків з цих металів ускладнює виготовлення та компонування великогабаритних конструкцій. Тому в останніх доцільно застосування обічанок з нержавіючої сталі, механічно міцніших. Нестача таких обіцянок — значно менша теплопровідність. Обичайки з ізоляційних матеріалів - склоепоксиду, органічного скла, пластмас - мають низьку теплопровідність і тому застосовуються для захисту магнітопроводів невеликого розміру, зазвичай діаметром менше 250 мм. Простір між обичайкою і магнітопроводом зазвичай заповнюється еластичним компаундом, що амортизує, наприклад силіконовим мастилом ЦИАТИМ-201 або їй подібними. Відносна конструктивна складність і висока вартість пермалоєвих магнітопроводів робить їх застосування доцільним лише за дуже коротких імпульсів, коли необхідно зменшити втрати на вихрові струми за допомогою зменшення товщини стрічки магнітного матеріалу. Раніше зазначалося, що пермалою не має переваг перед трансформаторною сталлю ні щодо збільшення індукції, ні щодо питомого електричного опору. Тому з урахуванням значної конструктивної складності магнітопроводу з пермалою їх застосування виправдане тільки тоді, коли товщина стрічки повинна бути меншою за 0,05 мм, тобто коли магнітопровід не може бути зроблений з електротехнічної сталі. З цієї причини магнітопровід трансформаторів, призначених для роботи при малій тривалості та високій частоті повторення імпульсів, доводиться виготовляти з пермалою. Проте і тонкі стрічки пермалою не завжди допомагають уникнути великих втрат, і тепловий режим роботи магнітної системи виявляється надмірно напруженим. У таких випадках доводиться застосовувати водяне охолодження магнітопроводу. З цією метою обидві, переважно мідні або алюмінієві, виготовляються з водяними сорочками. Головна технологічна складність виготовлення магнітопроводів з пермалою полягає в необхідності їх відпалу в спеціальних печах - в атмосфері водню, інертних газів або у вакуумі. Зазвичай печі невеликого розміру і придатні для відпалу магнітопроводів порівняно малого, не більше 600 мм, діаметра. З цієї причини доводиться застосовувати магнітопроводи з великої кількості магнітопроводів малого діаметра, що призводить, з одного боку, до великої нерівносторонності перерізу магнітопроводу, з іншого - до суттєвого обмеження потужності та енергії імпульсного трансформатора, розрахованого на імпульси малої тривалості. У той же час магнітопроводи з трансформаторної сталі можуть виготовлятися діаметром до декількох метрів, так як сталі 3421-3425 поставляються у відпаленому стані і після виготовлення магнітопроводу необхідно виробляти відпал, а тільки спікання стрічки. Таким чином, діаметр магнітопроводу з трансформаторної сталі обмежений лише можливостями технологічного обладнання для намотування стрічки та труднощами транспортування великогабаритних імпульсних трансформаторів з тороїдальними магнітопроводами. Найбільш важливим обмежуючим фактором є залізничний габарит, що становить 2,77 м-коду.

Можливі варіанти компонування магнітопроводів у тороїдальні магнітні системи

Компонування магнітних систем з вертикальною установкою вертикальная установка тороидального трансформаторакручених магнитопроводов наведено малюнку, де 1 — тороїдальний магнитопровод; 2 - щока з механічно міцного ізоляційного матеріалу, наприклад склоепоксиду (щоки можуть бути також і металевими, наприклад литими з чавуну); 3 - фундаментна плита, що служить конструктивною основою трансформатора; 4 - бандаж зі склострічки. Магнітопроводи фіксуються у виточенні на внутрішній стороні щік. Зовнішній бік щік має нахил по відношенню до внутрішньої. Це дозволяє просто реалізувати в імпульсному трансформаторі конічні обмотки. При циліндричних обмотках зовнішня та внутрішня сторони щік виконуються паралельними. Таким або подібним способом вдається компонувати магнітопроводи з магнітопроводів діаметром до 1,5 м. Компонування магнітопроводів з вертикальною установкою магнітопроводів в обичайці наведено на малюнку, де 1 - магнітопровід, поміщений в обичайки - 2; 3 - приварений до обичайок косинець для кріплення магнітопроводу до фундаментної плити 4. На обичайки з магнітопроводами в декількох місцях також накладаються бандажі. Такі або подібні до них компонування магнітних систем доцільні у високовольтних імпортних трансформаторах, оскільки дозволяють найпростішим способом реалізувати вторинну обмотку з введенням посередині. Істотний недолік обох вертикальних компоновок - низька механічна міцність конструкції, унаслідок чого за великих діаметрах магнітних систем зібраний імпульсний трансформатор виявляється не транспортабельним. Тому імпульсні трансформатори таких конструкцій доводиться збирати на місці їх постійної установки.
Компонування магнітних систем з горизонтальним встановленням кручених магнітопроводівгоризонтальная установка тороидального трансформатора наведена на малюнку, де 1 - тороїдальний магнітопровід, 2 - амортизуюча прокладка; 3 - притискний фланець. Фланці мають виступи, через які магнітна система стягується шпильками Обмотки розміщуються в секторах між виступами. Для підвищення жорсткості магнітопроводу фланці у районі виступів можуть бути посилені ребрами жорсткості. Компонування магнітних систем з горизонтальною установкою магнітопровід в обичайці наведено на малюнку де 1 - магнітопровід; 2 - амортизуюча прокладка; 3 - обичайка; 4 — приварене до обичайки ребро, за допомогою якого магнітна система кріпиться до кришки бака 5. Звертає він увагу, що з горизонтальній компоновці периферійна частина магнітної системи розділена виступами чи ребрами. Внаслідок цього обмотки імпульсного трансформатора доводиться секціонувати, причому число секцій дорівнює кількості секторів між виступами або ребрами. Якщо застосовуються обмотки із введенням посередині, то число секцій подвоюється. Це призводить до зменшення довжини кожної секції і, отже, ускладнює отримання високої поздовжньої електричної міцності обмоток імпульсного трансформатора. Більш доцільною є конструкція магнітної системи з трьома секторами замість показаних на малюнках чотирьох, так як при цьому збільшується довжина кожної секції. Якщо магнітопровід великого діаметра, то зазначені обставини не мають особливого значення, але при малих діаметрах проектування трансформатора на високу напругу з таким компонуванням важко. У цьому відношенні очевидна перевага вертикальної установки, коли магнітопровід має тільки один сектор, що дозволяє збільшити довжину секції і тим самим підвищити подовжню електричну міцність.
Істотний недолік горизонтальної установки полягає також у практичній неможливості пристрою охолодних масляних каналів, що ускладнює тепловідведення від магнітопроводу. Компонування магнітної системи з вертикальним встановленням магнітопроводів в обичайці магнитопровод в обечайке ,установленный вертикальнонаведена на малюнку, де 1 - магнітопровід, вміщений в обичайці - 2; 3 - приварений до обичайок косинець для кріплення магнітопроводу до фундаментальної плити 4. На обичайки з магнітопроводами в декількох місцях також накладаються бандажі. Такі або подібні до них компонування магнітних систем доцільні у високовольтних імпульсних трансформаторах, оскільки дозволяють найбільш простим способом реалізувати вторинну обмотку з введенням посередині. Істотний недолік обох вертикальних компоновок - низька механічна міцність конструкції, внаслідок чого при великих діаметрах сердечника зібраний трансформатор виявляється не транспортабельним. Тому трансформатори таких конструкцій доводиться збирати на місці їх постійної установки. Компонування магнітопроводу з горизонтальною установкою кручених магнітопроводів наведено на наступному малюнку, де 1 - тороїдальний магнітопровід; 2 - амортизуюча прокладка; 3 - притискний фланець. Фланці мають виступи, через які магнітопровід стягується шпильками. Обмотки розміщуються у секторах між виступами. Для підвищення жорсткості магнітної системи фланці у районі виступів можуть бути посилені ребрами жорсткості.
Компонування магнітної системи з горизонтальним встановленням магнітопроводів в обичайці горизонтальная установка тороидального трансформатора в обечайкенаведено на малюнку, де 1 - магнітопровід; 2 - амортизуюча прокладка; 3 - обичайка; 4 - приварене до обичайки ребро, за допомогою якого магнітопровід кріпиться до кришки бака 5. Привертає увагу, що при горизонтальній компоновці периферійна частина розділена виступами або ребрами. Внаслідок цього обмотки імпульсного трансформатора доводиться секціонувати, причому число секцій дорівнює кількості секторів між виступами або ребрами. Якщо застосовуються обмотки із введенням посередині, то число секцій подвоюється. Це призводить до зменшення довжини кожної секції і, отже, ускладнює отримання високої подовжньої електричної міцності обмоток трансформатора. Більш доцільною є конструкція магнітопроводу з трьома секторами замість показаних на малюнках чотирьох, так як при цьому збільшується довжина кожної секції. Якщо магнітопроводи великого діаметра, то зазначені обставини не мають особливого значення, але при малих діаметрах сердечників проектування імпульсних трансформаторів на високу напругу з таким компонуванням важко. У цьому відношенні очевидна перевага вертикальної установки, коли магнітна система має тільки один сектор, що дозволяє збільшити довжину секції і тим самим підвищити електрику.
Істотний недолік горизонтальної установки полягає також у практичній неможливості пристрою охолодних масляних каналів, що ускладнює тепловідведення від магнітної системи

До переліку статей.

 

Конструкції обмоток трансформатора

Основні типи обмоток

  Провідник, який одноразово охоплює стрижень магнітопроводу та в якому наводиться ЕРС під впливом магнітного поля трансформатора, називають витком. Виток є основним елементом обмотки і складається з одного або кількох паралельних дротів. Сукупність витків, що утворюють електричний ланцюг, в якому підсумовуються ЕРС, наведені в окремих витках, називають обмоткою трансформатора. Обмотка складається з провідників та ізоляційних деталей, що захищають витки від електричного пробою, що перешкоджають їх зсуву під дією електромагнітних сил і створюють канали для охолодження.
  Обмотки трансформаторів розрізняються взаємним розташуванням на стрижні, напрямом та способом намотування, числом витків, класом напруги, схемою з'єднання кінців обмоток між собою.

концентрическая обмотка трансформатора

 Початки та кінці обмоток ПН (низького напруження) трифазних трансформаторів позначають літерами а, в, с (початки) та х. у, z (кінці), обмоток ВН (високої напруги) - відповідно А, В, С і X, Y, Z. За взаємним розташуванням на стрижні обмотки поділяють на концентричні та чергуються. 

чередующиеся обмотки трансформатора

Концентричні обмотки виготовляються як циліндрів, розташованих концентрично (одна в інший) на стрижні магнитопровода (рис 1). Чергові обмотки високої і низької напруги трансформатора чергуються в осьовому напрямку на стрижні магнітопроводу (рис.2). Чергова обмотка зазвичай підрозділяється на симетричні групи, кожна з яких складається з однієї або декількох частин обмотки ВН і розташованих по обидва боки від них частин обмотки ПН. З окремих груп при великих струмах можна легко утворити паралельні ланцюга. Обмотки, що чергуються, застосовують тільки в спеціальних трансформаторах (наприклад, електропічних, випробувальних). Найбільш поширені концентричні обмотки. Зазвичай першою на стрижні розташовують обмотку ПН, але можливі інші варіанти, коли першої розміщують обмотку середньої напруги, регулювальну або навіть високої напруги.
   По конструкції і способу намотування розрізняють циліндричні обмотки (одно- або багатошарові), котушкові і гвинтові. Існують також одно- або двовиткові листові та шинні обмотки, що використовуються в спеціальних трансформаторах з великими вторинними струмами. 
   Основними експлуатаційними вимогами є електрична і механічна міцність і нагрівальність як обмоток, так і інших частин і всього трансформатора в цілому. Ізоляція обмоток та інших частин трансформатора повинна витримувати без пошкоджень комутаційні та атмосферні перенапруги, які можуть виникнути в мережі, де трансформатор буде працювати. Механічна міцність обмоток повинна гарантувати їх від механічних деформацій та пошкоджень при струмах КЗ, що багаторазово перевищують номінальний робочий струм. Нагрів обмоток та інших частин від втрат, що виникають у трансформаторі при нормальній роботі та КЗ обмеженої тривалості, не повинен призводити до ізоляції обмоток та інших частин, а також масло трансформатора до теплового зносу або руйнування в строки коротші, ніж звичайний термін служби трансформатора (20— 25 років). Загальні експлуатаційні вимоги, що пред'являються до трансформаторів і їх обмоток, регламентовані відповідними стандартами на силові трансформатори загального призначення, на різні спеціальні трансформатори, на електричні випробування ізоляції трансформаторів і т д Практично електрична міцність ізоляції обмоток досягається правильно матеріалів та прогресивною технологією обробки ізоляції. Вимога механічної міцності обмотки задовольняється шляхом ретельного розрахунку поля розсіювання, тобто.
    Для досягнення необхідної нагрівостійкості слід забезпечити вільну тепловіддачу в навколишнє середовище всього тепла, що виділяється в обмотках при допустимих для даного класу нагрівостійкості ізоляції перевищення температури обмоток над температурою навколишнього середовища, тобто забезпечити досить велику поверхню зіткнення обмотки з охолоджувальним середовищем. Загальні виробничі вимоги зводяться виготовлення трансформатора з найменшими витратами матеріалів і праці тобто. найпростішого за конструкцією, що забезпечує дотримання всіх експлуатаційних вимог. Ці вимоги, що пред'являються трансформатору в цілому, повною мірою відносяться і до обмоток. Завданням проектувальника є розумне поєднання інтересів експлуатації та виробництва. Це завдання вирішується значною мірою при виборі того чи іншого типу обмотки. Тому на вибір типу обмотки, що найбільш повно відповідає вимогам експлуатації і в той же час простий та дешевий у виробництві, слід звертати особливу увагу.
   При розрахунку обмотки після вибору її типу слід досягати максимальної компактності в її розміщенні, розподілі витків і котушок, щоб отримати найкраще наповнення вікна трансформатора. Одночасно слід прагнути до отримання досить розвиненої поверхні охолодження обмотки і достатньої кількості та розмірів масляних (повітряних у сухого трансформатора) охолодних каналів в обмотках при забезпеченні найменшого опору для руху в них охолодного середовища, що дає змогу зменшити внутрішній перепад темпертури в обмотках і як слід. , дещо зменшити охолоджувану поверхню бака трансформатора.

Типи обмоток трансформаторів

Типи Переваги Недоліки
 Циліндрична одно-двохшарова
з прямокутного дроту
 Проста технологія виготовлення,
гарне охолодження
 Мала механічна міцність
 Циліндрична багатошарова з прямокутного дроту  Хороше заповнення вікна магнітної системи, проста технологія виготовлення  Зменшення охолоджуваної поверхні в порівнянні з обмотками, що мають радіальні канали 
 Циліндрична багатошарова з круглого дроту  Проста технологія виготовлення   Погіршення тепловіддачі та зменшення механічної міцності зі зростанням потужності
 Гвинтова одно-дво- та багатоходова з прямокутного дроту  Висока механічна міцність, надійна ізоляція, гарне охолодження  Вища вартість порівняно з циліндричною обмоткою
 Безперервна котушкова з прямокутного дроту  Висока електрична та механічна міцність, хороше охолодження   Необхідність перекладки половини котушок при намотуванні
 Циліндрична багатошарова та котушкова з алюмінієвої фольги  Висока механічна міцність, гарне заповнення вікна магнітної системи   Складна технологія виготовлення обмоток високої напруги

 

 Конструкції циліндричних обмоток:

  • простий,
  • багатошаровий,
  • багатошаровий з фольги

   
   Ряд витків, намотаних на циліндричній поверхні, називають шаром обмотки. В одному шарі може бути від одного до декількох десятків витків, а в витку до шести-восьми і більше паралельних проводів. .3), а що складається з двох (або більш концентрично розташованих шарів - двошарової (багатошарової) циліндричної (рис.4).

  Витки дво- та багатошарових обмоток мають однакові розгорнуту довжину та положення по відношенню до поля розсіювання трансформатора. Перехід із шару в шар виконують без обриву дроту в кінці кожного шару, при цьому напрямок намотування шарів змінюється. Двошарову обмотку зазвичай намотують з 
 
 

простая цилиндрическая обмотка трансформатора
  рис.3 1-виток; 2,4-вирівнюючі кільця, 3-ізолюючі прокладки.
  рис.4/. 4 - виїтки, 2, 5-дистанційні рейки; 3-вирівнює кільце; 6-паперово-бакелітовий циліндр; 7-міжшарова ізоляція; 8-канал. 9 - рейка. 10-ізоляційне кільце; 11 бакелітовий циліндр; X1, Х2, Х3 - регулювальні відгалуження  
    разновидности обмоток трансформаторапрямокутного дроту плашмя, але можна і на ребро. Для вирівнювання гвинтової поверхні до крайніх витків прикріплюють розрізні паперово-бакелітові кільця (у вигляді «клину»), які надають обмотці форму циліндра. Кільця оберігають витки від механічних пошкоджень та створюють опорну поверхню обмотки. Між шарами двошарової обмотки встановлюють ізоляцію з паперу (електрокартону) або рівномірно розміщують по колу кілька рейок (прокладок), що утворюють вертикальний охолодний канал (рис.4,а).

Одно- і двошарові циліндричні обмотки застосовують як обмотки низької напруги до 690 В трансформаторах потужністю менше 630 кВА. Багатошарова циліндрична обмотка намотується, як правило, з дроту круглого перерізу.
обмотки щільно укладають один до одного з переходами із шару в шар. Намотування першого шару виготовляють на паперово-бакелітовому циліндрі. Між наступними шарами розміщують кабельний папір. Для покращення охолодження між деякими шарами обмотки роблять осьовий канал за допомогою дистанційних прокладок з електрокартону або бука. Такі багатошарові циліндричні обмотки застосовують як обмотки високої напруги для масляних трансформаторів потужністю до 400 кВА при напрузі до 35 кВ (рис. 4,б). У напрямку намотування, подібно до різьблення гвинта, розрізняють обмотки ліві та праві. Це відноситься до циліндричних, котушкових та гвинтових обмоток. У багатошарових шарових обмотках напрямок усієї обмотки вважається за напрямком її першого внутрішнього шару (рис.5).Направление намотки обмоток трансформатора
   Принципово новою модифікацією циліндричної обмотки є обмотки, намотані з неізольованої алюмінієвої фольги, що знаходять застосування у трансформаторах потужністю від 25 до 630 кВА. Стрічка рулонної фольги має ширину, що дорівнює висоті котушки, а для обмоток з робочою напругою до 1 кВ -висота обмотки. Ізоляцією між витками служить смуга (або кілька разом складених смуг) конденсаторного, телефонного або кабельного паперу. Ширина смуги паперу приймається на 6-8 мм більше за ширину стрічки. Стрічка фольги разом із смугою (смугами) паперу намотується на циліндричній оправці з діаметром, рівним внутрішньому діаметру обмотки. Після намотування обмотка знімається з оправки, папір, що виступає за торці обмотки на 3-4 мм, просочується епоксидною смолою, запікається і обжимається, утворюючи монолітний ізоляційний шар на торцевих поверхнях обмотки (котушки).
Обмотки з алюмінієвої фольги легко намотуються, добре витримують механічні впливи при КЗ трансформатора і мають високу теплопровідність в осьовому та радіальному напрямках, що призводить до більш рівномірного розподілу температури за висотою та шириною обмотки та до зниження температури найбільш нагрітої точки порівняно з обмотками, намотаними з ізольованого дроту.
   Основними недоліками обмоток із алюмінієвої фольги є: висока ціна фольги, що перевищує ціну ізольованого алюмінієвого дроту приблизно на 40%; складність виготовлення обмоток високої напруги класів напруги 10 і 35 кВ з обов'язковим поділом цих обмоток на котушки, що з'єднуються за допомогою пайки, та труднощі кріплення відводів до обмоток з фольги з товщиною менше 0,1 мм унаслідок малої механічної міцності цієї фольги. Останній (і перший) виток обмотки з фольги товщиною 0,1-0,2 мм може завершуватися алюмінієвою шиною, прикріпленою до фольги точковим зварюванням. Складність виготовлення обмотки високої напруги призводить до того, що в деяких випадках віддають перевагу обмотці низької напруги виконувати з фольги, а обмотці високої напруги з дроту.
 Конструкції гвинтових обмоток: одноходовий, багатоходовий, з транспонованого дроту
Гвинтові обмотки можуть бути одноходовими (рис.6 а) та двоходовими (багатоходовими) (рис.6 б). Одноходова гвинтова обмотка складається з низки витків, які йдуть один за одним по гвинтовій лінії з каналами між ними. У кожен виток входить один або кілька паралельних проводів, що укладаються в один ряд впритул один до одного в радіальному напрямку (рис.6, а, в).
Винтовые обмотки трансформаторов
Двоходова (багатоходова) гвинтова обмотка складається з двох (або більше) одноходових обмоток, вмотаних одна в іншу в процесі виготовлення. Кожен такий «хід» може містити до 40 паралельних проводів. Вертикальний канал уздовж внутрішньої поверхні обмотки та канали між її витками утворюються рейками та прокладками (рис.6, г).
Витки гвинтової обмотки складаються, як правило, з великої кількості паралельних проводів, розташованих концентрично і на різній відстані від її осі, тому проводи, розташовані ближче до осі, будуть коротшими, а більш віддалені — довшими. Різниця в довжині та положенні проводів у полі розсіювання викликає нерівність їх електричних та індуктивних опорів. Різні опори призводять до нерівномірного розподілу струму між ними, тобто до перевантаження по струму та збільшення втрат в одних та недовантаження в інших провідниках.
Для вирівнювання розподілу струму і, отже, зниження додаткових втрат у гвинтових обмотках виконують різні види транспозицій (перестановок). В одноходовій обмотці (зазвичай з числом дротів у витку до 12) використовують комбінацію з транспозиції (рис.7а-в)
двох групових, коли дроти у витку поділяють на дві групи і обидві групи змінюють місцями, і загальної, коли змінюється взаємне розташування всіх паралельних дротів. Якщо в одноходовій обмотці є 12, 16 і більше паралельних проводів, то застосовують транспозицію Бюда, що дозволяє знизити додаткові втрати.
   У двоходовій гвинтовій обмотці використовують рівномірно розподілену транспозицію Хобарта, при виконанні якої всі дроти обмотки виявляються однаково розташованими по відношенню до поздовжнього (осьового) поля розсіювання (довжина проводів також майже однакова) (рис.8).

    Гвинтова обмотка має значну торцеву поверхню, що забезпечує її стійкість до осьових зусиль при КЗ, гарною механічною міцністю і достатньою поверхнею охолодження. Її 

широко застосовують для обмоток низької напруги з відносно невеликим числом витків і значними вторинними струмами трансформаторах потужністю 1000 кВА і більше.

  Гвинтова обмотка з будь-яким числом ходів може бути намотана також з транспонованого дроту. При цьому відпадає необхідність додаткової транспозиції паралельних провідників, крім тієї, яка зроблена в самому дроті. 

равномерно распределенная обмотка трансформатора

  Конструкції безперервних котушкових обмоток: простий переплетеної, з переплетенням котушок, з підрозділу
  Групу послідовно з'єднаних витків, намотується у вигляді плоскої спіралі і відокремлену від інших таких же груп називають котушкою, а обмотку, що складається з ряду котушок розташованих в осьовому напрямку, - котушкової.
Котушкові обмотки можуть бути дисковими та безперервними. Дискова обмотка набирається з окремо намотаних котушок, які з'єднують один з одним електропайкою або іншим способом (рис.9 а). Котушки вважаються лівими, якщо провід від верхнього зовнішнього кінця укладається проти годинникової стрілки, і правими якщо провід укладається за годинниковою стрілкою. Безперервна обмотка (рис.9, б) намотується без розривів, т. е. перехід із однієї котушки 1 до іншої 6 (рис.9, буд) виробляється без пайок. Для цього при намотуванні перекладають витки кожної непарної котушки так, щоб один перехід (з котушки в котушку) був зовні обмотки, а інший усередині. Котушки безперервної обмотки намотують на
рейки 3, що утворюють вертикальний канал вздовж внутрішньої поверхні обмотки. На рейках закріплюють прокладки 5 створюють горизонтальні канали між котушками. Іноді рейки ставлять уздовж зовнішньої поверхні обмотки.
У витках обмотки може бути кілька від одного до шести паралельних проводів (рис.9, в). При двох і більше дротах доводиться вирівнювати їх довжини та положення в магнітному полі розсіювання, для чого дроти міняють місцями, тобто роблять їхню транспозицію (рис.9, г, д). Транспозиція паралельних проводів у безперервній обмотці виконується у процесі намотування кожному переході з котушки в котушку. Як правило, в одному прольоті між двома сусідніми прокладками (в одному «полі») роблять перехід одним паралельним проводом 2.
У місцях переходу провід згинається на ребро, і його ізоляція тут нерідко пошкоджується. Після вигину її обезтедію відновлюють, а провід надійно ізолюють від сусідніх котушок (рис.9д). Безперервні обмотки можуть виконуватися з відгалуженнями регулювання напруги. Зазвичай відгалуження роблять від зовнішніх витків, щоб між двома сусідніми відгалуженнями полягали витки, що відповідають одному ступеню регулювання. Перевагою безперервної котушкової обмотки (крім відсутності розривів при намотуванні) є її велика опорна поверхня і, отже, значна стійкість до осьових зусиль при КЗ. Інша перевага – відносно вільний прохід олії як вздовж поверхні, так і впоперек (у горизонтальні канали між котушками). Хороше охолодження дозволяє збільшувати потужність обмотки, не побоюючись теплової руйнації її ізоляції. Завдяки зазначеним перевагам, безперервні обмотки широко застосовують у трансформаторах різних потужностей та напруг. В останні роки захист обмоток від імпульсних перенапруг при класах напруги від 220 кВ і вище виконується шляхом поєднання ємнісних кілець із застосуванням переплетених.
котушкових обмоток, тобто обмоток, у яких порядок послідовного з'єднання витків відрізняється від послідовності їх розташування в котушках. Одна із схем переплетеної обмотки показана на рис. 10.переплетенные обмотки трансформаторов-схемы Кожна котушка намотується двома паралельними дроти, а потім проводиться з'єднання цих дротів за схемою. Можливі й інші способи переплетення
витків обмотки. Намотування переплетеної обмотки будь-якого типу є складнішим і трудомістким, ніж намотування звичайної безперервної котушкової обмотки. При цьому потрібне збільшення електричної міцності ізоляції витків і підвищення щільності її накладання, однак це ускладнення технології та збільшення вартості обмотки окупається майже лінійним початковим розподілом імпульсної напруги та гарним грозозахисту обмотки. У переплетеній обмотці відпадає потреба в витках, що екранують, але використовуються ємнісні кільця. Застосування переплетених обмоток на даний час є, мабуть, найкращим методом захисту від імпульсних перенапруг для обмоток класів напруги від 220 до 750 кВ.
Дискова обмотка (рис.9, а) складається з ряду окремо намотаних одинарних або подвійних (спарених) котушок, кожна з яких має кілька витків, намотаних один на інший по спіралі. Залежно від напруги котушки
дискова обмотка може мати загальну для всіх витків додаткову ізоляцію, виконану зі стрічок кабельного або кріпленого паперу. Товщина додаткової ізоляції вибирається залежно від напруги обмотки; у різних котушках однієї обмотки вона також може бути різною, поступово зменшуючись від введення в обмотку до основної її частини.
    Розрізняють одинарні та подвійні дискові котушки. Застосування одинарних, дискових котушок подвоює кількість пайок, причому з'єднання одинарних котушок здійснюється пайкою зовнішніх і внутрішніх кінців. Ізолювання одинарних дискових котушок зручно проводити на спеціальних ізолювальних верстатах. Намотування дискових котушок проводять обмотувальним проводом прямокутного перерізу в один або більше (до восьми) паралельних проводів. Число витків у котушці зазвичай 4-25. Намотані дискові котушки ізолюють, збирають у групи, виробляють їх технологічну обробку (пресування і сушіння), а потім з котушок (відповідно їхньому остаточному положенню в обмотці) збирають обмотку або окрему її частину. Поєднують подвійні котушки пайкою їх зовнішніх кінців, виконаних у вигляді переходів з однієї котушки (секції) в іншу. Вертикальний канал у внутрішній поверхні та горизонтальні канали між котушками утворюються П-подібними замковими прокладками з електрокартону, які збираються зі штампованих довгих та коротких (службовців «заповнювачем») пластин, що скріплюються між собою смугою-замком. При встановленні замкових прокладок в дискову котушку їх розташовують симетрично по колу, висмикуючи стовпи прокладок по вертикалі. Довгі пластини замкових прокладок утворюють в обмотці горизонтальні масляні канали, а заповнювачі вертикальні канали. Дискові обмотки є найбільш трудомісткими при виготовленні. Вони знайшли широке застосування в потужних трансформаторах. При напругах 110-330 кВ вхідна зона обмотки, а при напругах 500 кВ і вище - вся обмотка високої напруги, крім виткової ізоляції, повинна мати загальну для всіх витків додаткову (катушкову) ізоляцію. Тому в конструкції трансформаторів напругою 110-330 кВ в обмотці високої напруги в безперервній частині обмотки додають ізольовані дискові котушки вхідної зони, з'єднуючи пайкою безперервну і дискову частини обмотки. Обмотка високої напруги на напругу 500 кВ вся складається з дискових котушок або виконується переплетеною (петльовою).

  
До списку статей

 

Умови застосування автотрансформаторів

 Переваги

   При правильно розрахованому співвідношенні первинної та вторинної напруги автотрансформатор має істотні переваги перед трансформатором з тим самим співвідношенням напруг і тієї ж потужністю. Автотрансформатор має менші масу, розміри, втрати холостого ходу та втрати під навантаженням, струм намагнічування та опір короткого замикання. Як відомо, лінійні розміри трансформатора пропорційні його потужності 0,25 (S0,25), а обсяг і маса — 0,75 (S0,75) за інших рівних умов. Таким чином, чим менша типова потужність (трансформаторна потужність, що визначається в основному розмірами магнітопроводу, тобто його масою) порівняно з прохідною (повною потужністю переданої автотрансформатором з первинної мережі у вторинну), тим менші розміри, маса і втрати автотрансформатора. Так при типовій потужності вдвічі меншій за прохідну, маса, втрати і струм холостого ходу автотрансформатора будуть на 10% менше, ніж у трансформатора тієї ж прохідної потужності. Завдяки зниженню втрат підвищується коефіцієнт корисної дії. Зниження опору короткого замикання дозволяє зменшити падіння напруги під час роботи автотрансформатора.
                               силовой автотрансформатор
 
  Знижені маса та розміри автотрансформатора створюють сприятливіші умови для його доставки до місця встановлення. У разі необхідності трансформації дуже великої потужності, наприклад при зв'язку двох дуже потужних енергосистем, тільки автотрансформатор може бути виготовлений у межах транспортних обмежень за масою та габаритними розмірами, тобто в одній транспортній одиниці 

 Недоліки

  Наявність гальванічного з'єднання обмоток в автотрансформатор має наслідком певні недоліки. Як правило, обмотки автотрансформатора з'єднують у зірку із заземленою нейтраллю. Інші з'єднання теоретично можливі, але пов'язані з певними незручностями і тому використовуються дуже рідко. Режим заземлення нейтралі обох систем має бути однаковим: глухе заземлення чи заземлення через опір. При цьому значення опору має бути таким, щоб не виникало неприпустимих напруг на вводах середньої напруги здорових фаз при замиканні на землю однієї фази в системі високої напруги. Така небезпека зростає зі збільшенням різниці напруг двох систем.
  З тієї ж причини не застосовуються автотрансформатори у системах із заземленою нейтраллю. Високі потенціали грозових перенапруг на холостому введенні автотрансформатора при впливі хвилі перенапруг на інше введення викликають необхідність встановлення на вводах розрядників, що не відключаються при відключенні лінії, приєднаної до цього введення. Послідовна обмотка автотрансформатора та його поздовжня ізоляція може піддаватися дуже жорстким грозовим впливам у разі, коли значення напруги двох систем близькі. Однак на практиці таких поєднань напруги не буває. Регулювальна обмотка при регулюванні лінії високої напруги або середньої напруги піддається всім впливам, нормованим для лінійного введення. Іноді забезпечити електричну міцність ізоляції регулювальної обмотки та перемикаючого пристрою буває важко, особливо для надвисокої напруги (клас 525 кВ та вище). 
  Опір короткого замикання автотрансформатора відносно мало, що є причиною більш жорстких впливів струмів короткого замикання. Доводиться вживати спеціальних заходів для збільшення опору короткого замикання. Особливої уваги потребує забезпечення міцності за однофазних замикань. Наявність обмотки низької напруги (третинної обмотки) вимагає забезпечення динамічної міцності, наприклад, шляхом збільшення опору нульової послідовності (опір в нейтралі або в трикутнику).
  Умови застосування автотрансформаторів

Порівняно з звичайними трансформаторами тих самих параметрів, автотрансформатори мають менші розміри, але вимагають певних умов, що обмежують їхнє застосування в енергосистемах. Без урахування спеціальних застосувань, де альтернатива відсутня, автотрансформатори повинні вибиратись після детального розгляду всіх умов експлуатації. У випадку рішення про застосування автотрансформаторів може бути прийнято за таких умов:

  • система із заземленою нейтраллю;
  • система має обмежену потужність короткого замикання:
  • сприятлива ситуація із перенапругами;
  • коефіцієнт трансформації, близький до одиниці (0,5-2);
  • збалансоване навантаження.

До списку статей

Імпульсний трансформатор для ламп денного світла

Це питання вже неодноразово висвітлювався у різній літературі. Проте все зводилося до одного — як змусити працювати старі лампи, що перегоріли нитку напруження. Старі лампи - це лампи, у яких люмінофор вже втрачає свою активність, біля кінців ліворуч і праворуч - величезні чорні плями. Взагалі, таку лампу не гріх і викинути, тим більше, що споживана потужність у лампи дуже велика - так звані 20-ватні лампи споживають від мережі близько 80 Вт (сумнівні можуть перевірити, для цього треба заміряти струм і за відомою формулою визначити потужність: P= UI, де Р - потужність в Вт;U - напруга мережі 220 В; I - споживаний струм в А (як правило струм знаходиться в межах близько 0,4 А).схема с импульсным трансформатором

     

     
   Тепер спробуємо підійти до проблеми економії з іншого боку, а саме слід придбати нову імпортну лампу денного світла. В даний час це не проблема, вартість її на ринку приблизно 10 грн., а сила світла майже в 2 рази вище (вимірювання проводилися люксметром типу Ю-116), хоча це можна помітити і візуально. Цю лампу слід підключити до схеми генератора, частота проходження імпульсів якого підібрана таким чином, що око не помічає мерехтіння, а по мережі живлення споживана лампою потужність в 5-6 разів нижче, при звичайному (стандартному) включенні. Причому генератор повинен бути не тільки економічним з точки зору деталей, що використовуються, але і порівняно малогабаритним. Всі ці вимоги задовольняють генератор, зібраний на двох високовольтних транзисторах (рис.1). Слід зазначити, що любителі старих ламп (з нитками підігріву, що перегоріли) також можуть використовувати їх в даній схемі. 

импульсный трансформатор для ламп дневного света

У схемі можна застосувати резистори типу МЛТ-0,25, за винятком R8 і R9 (їх треба намотати манганіновим дротом діаметром 0,25 мм, довжина тяганини 20 мм). Лампа ELI - 20-ватна, хоча слід зазначити, що 18-ватна лампа (відмінність цих ламп - менший діаметр, приблизно 25 мм) дає освітленість на 10-15% більше, що вкотре вказує на те, що ватність - величина умовна. Конденсатори бажано застосувати керамічні або слюдяні типу КТ-2, КСО або K73-17. С1-С4 на напругу не нижче 500; С5 і С6 також бажано типу К73-17 їх можна замінити на електролітичні типу К50-53 на напругу не нижче 50 В (хоча надійність схеми при цьому знизиться). С7 — електролітичний конденсатор, підвищення ККД, бажано ємність збільшити до 20 мкФ. С8 і С9 - конденсатори типу K73-17 на напругу не нижче 630 В. Дросель LI стандартний типу ДМ (індуктивність 0,1-0,5 мкГн). Діоди VD1-VD6 типу КД209 з будь-яким буквеним індексом, у принципі VD3-VD6 можна замінити на КЦ402, КЦ405, КД105, Д226. Транзистори пластмасові типу KT8164, KT858, металеві типу KT840, KT838. Непогано працює KT809, хоча сила світла лампи на 10-15% менша.
  Слід звернути увагу на виготовлення імпульсного трансформатора
Сердечник трансформатора броньової типу Б-18 або Б-22 з фериту марки 2000 НМ. При складанні необхідно залишити зазор 0,2 мм, це може забезпечити папір, прокладений між чашками. Первинна обмотка намотана дротом ПЕВ-2 діаметром 0,23 мм, довжина дроту 7,5 м. Вторинна та третя обмотки мають по 6 витків аналогічного дроту. Броньовий сердечник можна замінити Ш-подібним з того ж фериту, а ще краще зробити на базі тороїдального магнітопроводу, благо зараз величезний асортимент тороїдальних сердечників. Омічний опір первинної обмотки становить 5 Ом. Настроювання схеми зводиться до наступного. Якщо схема не працює, потрібно замінити місцями кінці третьої обмотки. Струм, споживаний працюючою схемою, 50-60 мА. Для любителів запиту ламп постійною напругою можна порекомендувати схему, зображену на рис.2. У схемі впевнено працюють діністори з будь-яким буквеним індексом починаючи з А. Як трансформатор TV1 використовується промисловий тип Д-29-1,2-0,28. Дещо гірше працює Д-20-1,2-0,2, тому що споживаний струм лампи більше 200 мА, температура нагріву дроселя досягає 50°С. Діоди VD1-VD5 типу КД105 чи Д226. Резистор R1 типу МЛТ-2.

    Недоліки схеми:
  -якщо лампа стара і погано запускається, резистор R1 починає сильно нагріватися, тому що генератор запуску, зібраний на диністорі, працює безперервно;
  -Поява з часом чорної плями з однієї зі сторін лампи.

   До списку статей

 

Чому трансформатори вибухають

«Я сидів на ґанку за своїм будинком. коли почув оглушливої сили вибух, ніби постріл з гармати прямо за спиною. Я вийшов на вулицю, пройшов третину шляху до трансформаторного боксу, як знову прогримів вибух. З боксу вилетів факел полум'я в діаметрі близько півтора метра і близько шести метрів у висоту. Це відбувалося о пів на дев'яту ранку. На вибух збіглися ще кілька сусідів. раніше ніхто пригадати не міг так як працював він як годинник. На вулиці було досить жарко, але екстремальних температур не було

Що стало причиною вибуху трансформатора?
Почему трансформаторы взрываются?причины взрыва трансформаторов

            Електричні трансформатори забезпечують перетворення параметрів електроенергії, таких як напруга та струм у параметри, які задовольняють кінцевого споживача. Будь-який трансформатор вміщує певну потужність, яка є номінальною потужністю трансформатора. Але для нас у цьому випадку важливим параметром є максимальна потужність трансформатора, при перевищенні якої трансформатор вийде з ладу. Якщо струм навантаження поступово зростатиме до свого критичного максимального значення, трансформатор просто перегріється. Матеріали його ізоляції втратять свої властивості при високій температурі, відбудеться коротке замикання і трансформатор вийде з ладу. У цьому випадку автоматичний вимикач з часом реагування близько 60 мілісекунд без проблем «спрацює» та відключить трансформатор первинної обмотки (на вході).
   Тепер розглянемо нагоду, коли струм навантаження зростає миттєво. Наслідки цього може бути катастрофічними. У цьому огляді розглядаємо тільки маслонаполненные трансформатори (зазвичай, середньої потужності десь від 500кВА) Швидкість наростання у разі вище швидкості реагування захисних систем (автоматичних вимикачів). Що може стати причиною такого різкого наростання струму навантаження? Найчастіше — це блискавка. Також можуть бути різкі пориви вітру, крижаний дощ та інші аномальні погодні умови. У разі блискавки, наприклад, струм виростає до критичного значення за 12 мілісекунд, що у п'ять разів менше за порогове значення автоматичних вимикачів. Обмотки трансформатора сильно нагріваються, тепло передається охолодному середовищу (в даному випадку мінеральне трансформаторне масло). Температура при такому інтенсивному нагріванні природно відводитися не встигає, тиск у масляному резервуарі зростає і при перевищенні межі руйнування конструкції трансформатора відбувається вибух. Це схоже на душ із запалених деталей трансформатора, шматків обмотки та бризків палаючої олії.
   Щоб це запобігти, перш за все, необхідно влаштовувати блискавкозахист, трансформатори по можливості встановлювати в закритих приміщеннях, масло, що охолоджує, повинно бути мало запалюваним. Описані випадки часто трапляються в США, де трансформатор на будинок або кілька будинків розташований прямо на стовпі лінії електропередач. (див. фото) Таким чином трансформатор схильний до всіх погодних впливів описаних вище. Наприклад на Манхеттені, де розташовані 35000 закритих трансформаторів і 47000 зовнішньо встановлених, щорічно відбувається приблизно 35 вибухів і більша частина їх припадає на відкриті трансформатори.

До списку статей

Вибір марки електротехнічної сталі

Техніко-економічне обґрунтування вибору марки сталі та проведення відпалу поширюється на силові трансформатори відповідно до вимог
стандартів на конкретні типи та групи трансформаторів усіх класів напруги потужністю від 25 до 1 250 000 кВ • А з магнітопроводами, виготовленими з електротехнічної сталі завтовшки 0,27; 0,30 і 0,35 мм марок 3404, 3405 і 3406 і мають плоску шихтовану безшпилькову конструкцію. Холоднокатана сталь значно більшою мірою, ніж гарячекатана, чутлива до механічних впливів.
    В результаті механічної обробки при заготівлі пластин магнітної системи — поздовжнього та поперечного різання, закочення або зрізання задирок, штампування отворів (у конструкціях реакторів) збільшуються питомі втрати та питома потужність, що намагнічує, сталі. Це погіршення магнітних властивостей сталі може бути повністю або значною мірою компенсовано шляхом відновлювального відпалу заготовлених пластин при 800-820 ° С. На сучасних заводах такий відпал обов'язково включається в технологічний процес виготовлення пластин після їх механічної обробки. За відсутності відпалу слід зважати на можливе підвищення втрат холостого ходу на 8-10% і струму холостого ходу на 25 30%.
 

 Особливо сильно магнітні властивості сталі погіршуються при виготовленні частин магнітної системи шляхом навивки холоднокатаної стрічки. Такі частини мають відпалюватись після навивки. При подальшому транспортуванні після відпалу на складання, а також у процесі складання остова та стяжки стрижнів та ярм пластини можуть піддаватися різним механічним впливам. У цьому виникає погіршення магнітних властивостей сталі, що у готовому остові трансформатора знято відпалом не може. Щоб уникнути погіршення магнітних властивостей сталі та параметрів холостого ходу трансформатора при виконанні цих операції пластини не повинні піддаватися поштовхам, вигинам, ударам і тискам. Пластини електротехнічної сталі, заготовлені для складання магнітної системи, щоб уникнути виникнення між ними вихрових струмів повинні бути надійно ізольовані одна від одної. Сучасне нагрівостійке електроізоляційне покриття забезпечує досить міцну та надійну ізоляцію пластин при високому коефіцієнті заповнення перерізу пакета пластин перерізом чистої сталі. За потужностей трансформаторів. що перевищують 100 МВА іноді посилюють ізоляцію пластин шляхом нанесення поверх нагрівостійкого покриття одного шару лакової плівки.

Коефіцієнт заповнення перерізу стрижня (ярма) сталлю KЗ рівний відношенню активного перерізу стрижня або ярма Пс до площі його фактичного поперечного перерізу ПФС, тобто.З =Пс/ПФС , бажано мати найвищим, тому що зниження цього коефіцієнта веде до збільшення перерізу магнітної системи та маси металу обмоток. Коефіцієнт заповнення KЗ , Залежить від товщини пластин сталі (0,35; 0,30 або 0,27 мм), виду ізоляції пластин, сили стиснення пластин і наявності у них такого дефекту, як неплощинність, тобто. відхилення від плоскої форми.
    Коефіцієнт заповнення KЗ для сталі за сучасної технології складання остова, наведено в таблиці 1
электротехническая сталь для трансформаторов

При виборі марки та товщини сталі для магнітної системи силового трансформатора слід враховувати, що сталь з вищими магнітними властивостями має суттєво вищу ціну, а сталь меншої товщини при вищих магнітних властивостях має менший коефіцієнт заповнення.

   

Ця сталь для отримання пакета заданих розмірів вимагає виготовлення, відпалу та укладання при складанні магнітної системи, більшого числа пластин порівняно зі сталлю більшої товщини.
У табл. 2 наведено порівняльні показники для сталі товщиною 0,35; 0.3 та 0,27 мм
марки трансформаторной стали      В основному силових трансформаторів з урахуванням трудомісткості окремих технологічних операцій, магнітних властивостей та ціни сталі використовуються сталі марок 3404 та 3405 товщиною 0.35 та 0,30 мм. У випадках, коли низькі втрати є вирішальним чинником, може використовуватися сталь товщиною 0,27 мм. Для вибору марки сталі і, що важливо при навчальному проектуванні, для визначення економічної ефективності застосування нових марок сталі або аморфних сплавів слід використовувати розрахований за наведеними річними витратами, замінюючи одну марку сталі на іншу. Заміна сталі на якіснішу призводить до подорожчання вартості трансформатора, так як ціна такої сталі вище, але при цьому зменшуються втрати холостого ходу, що окупаються протягом усього терміну роботи трансформатора.

До списку статей