Öltransformatoren übernehmen als Schlüsselausrüstung in Stromverteilungssystemen für Industrie- und Bergbauunternehmen sowie zivile Gebäude die wichtige Aufgabe, die Spannung von 10(6)kV- oder 35kV-Hochspannungsnetzen auf 230/400V-Busspannung zu reduzieren, um den Strombedarf der Benutzer zu decken. Dieser Transformatortyp eignet sich für AC 50(60)Hz-Stromversorgungen mit einer maximalen drei-Nennleistung von 2500 kVA und einer maximalen ein-Nennleistung von 833 kVA (einphasige Transformatoren werden jedoch im Allgemeinen nicht empfohlen). Es kann im Innenbereich verwendet oder im Freien installiert werden. Bei Transformatoren mit einer Leistung von 315 kVA und darunter ist die Montage sogar direkt auf einem Mast möglich. Darüber hinaus gelten bestimmte Anforderungen an die Umgebungsbedingungen, einschließlich des Umgebungstemperaturbereichs, der maximalen Tagesdurchschnittstemperatur, der maximalen Jahresdurchschnittstemperatur, der relativen Luftfeuchtigkeit und der Höhe. Sollten die tatsächlichen Nutzungsbedingungen diesen Vorschriften nicht entsprechen, müssen entsprechende Kontingentanpassungen gemäß der Norm GB6450-86 vorgenommen werden.
1. Phasenunterscheidung Öl-Öltransformatoren können in drei-Phasentransformatoren und ein-Phasentransformatoren unterteilt werden. In drei-Phasenstromsystemen sind Drei-Phasentransformatoren die herkömmliche Wahl. Wenn jedoch die Kapazität zu groß ist oder die Transportbedingungen begrenzt sind, können drei einphasige Transformatoren verwendet werden, um eine Transformatorbank zu bilden, um den Bedarf zu decken.
2. Wicklungsklassifizierung
Transformatoren können basierend auf der Anzahl der Wicklungen in Transformatoren mit zwei-Wicklungen und Transformatoren mit drei-Wicklungen eingeteilt werden. Typischerweise handelt es sich um Transformatoren mit zwei Wicklungen und zwei Wicklungen auf ihrem Kern: eine als Primärwicklung und die andere als Sekundärwicklung. Transformatoren mit drei Wicklungen eignen sich typischerweise für größere Leistungen (über 5600 kVA) und können an drei verschiedene Spannungsübertragungsleitungen angeschlossen werden. Darüber hinaus kommen in manchen Spezialanwendungen sogar Satons-Transformatoren mit mehr Wicklungen zum Einsatz.
3. Strukturelle Klassifizierung
Transformatoren können anhand ihrer strukturellen Eigenschaften in Kerntransformatoren vom -Typ und Manteltransformatoren vom -Typ eingeteilt werden. Bei Kerntransformatoren vom --Typ sind die Wicklungen normalerweise um die Außenseite des Kerns gewickelt, während bei Transformatoren vom Mantel---Typ der Kern um die Wicklungen herum angeordnet ist. Diese beiden Arten von Transformatoren weisen geringfügige strukturelle Unterschiede auf, ihre Funktionsprinzipien unterscheiden sich jedoch nicht grundlegend. In der Praxis handelt es sich bei der überwiegenden Mehrheit der in Energiesystemen üblicherweise verwendeten Transformatoren um Kerntransformatoren.
Darüber hinaus enthalten Transformatoren auch andere Schlüsselkomponenten wie den Kern, die Wicklungen, den Öltank, das Ölausdehnungsgefäß, Isolierbuchsen, Stufenschalter und Gasrelais, die zusammen die vollständige Struktur des Transformators bilden.
4. Kern Als Kern des Magnetkreises des Transformators spielt der Kern eine entscheidende Rolle. Während des Transformatorbetriebs erzeugt der Kern aufgrund von Hysterese und Wirbelstromverlusten Wärme. Um diesen Wärmeverlust wirksam zu reduzieren und die Größe und das Gewicht des Transformators zu minimieren, werden für den Kern typischerweise kaltgewalzte, kornorientierte Siliziumstahlbleche mit hoher Permeabilität und einer Dicke von weniger als 0,35 mm verwendet. Basierend auf der Anordnung der Wicklungen innerhalb des Kerns können Transformatoren außerdem in zwei Typen eingeteilt werden: Kern---Typ und Mantel---Typ.
Um sicherzustellen, dass die durch Kernverluste erzeugte Wärme während der Zirkulation effektiv vom Isolieröl abgeführt wird und so eine gute Kühlung erreicht wird, ist der Kern bei Großtransformatoren normalerweise mit speziellen Kühlölkanälen ausgestattet.
5.Wicklungen Die Wicklungen sind eine Schlüsselkomponente des Transformators und verantwortlich für die Umwandlung elektrischer Energie in magnetische Energie und dann wieder zurück in elektrische Energie. In Transformatoren bestehen die Wicklungen typischerweise aus isoliertem Kupfer- oder Aluminiumdraht, um Leitungsverluste zu reduzieren. Gleichzeitig werden Isoliermaterialien zum Umwickeln und Isolieren der Wicklungen verwendet, um Isolationsleistung und Wärmeableitung sicherzustellen. Basierend auf der Anordnung der Wicklungen innerhalb des Kerns können Transformatoren in zwei Typen eingeteilt werden: Kern---Typ und Mantel---Typ.
Die Wicklungen und der Kern bilden zusammen die Kernkomponenten eines Transformators. Während des Transformatorbetriebs erzeugen die Wicklungen aufgrund ihres Eigenwiderstands bzw. Übergangswiderstands an den Verbindungsstellen Wärme; Dieses Phänomen kann durch das Joulesche Gesetz erklärt werden.
Die Wicklungen sind kritische Komponenten in einem Transformator, und ihr ordnungsgemäßer Betrieb ist für die Leistung des Transformators von entscheidender Bedeutung. Allerdings können im Betrieb der Wicklungen verschiedene Probleme auftreten. Erstens wird Wärme aufgrund des Eigenwiderstands oder Kontaktwiderstands der Wicklungen an den Verbindungsstellen erzeugt, ein physikalisches Phänomen, das durch das Joulesche Gesetz offenbart wird. Um eine Überhitzung zu vermeiden, müssen die Wicklungen daher über einen längeren Zeitraum Ströme führen, die ihren Nennstrom überschreiten. Wenn darüber hinaus ein Kurzschlussstrom durchfließt, erzeugt er eine erhebliche elektromagnetische Kraft auf die Wicklungen, die möglicherweise schwere Schäden am Transformator verursacht.
Es gibt verschiedene Arten von Transformatorwicklungen, die grundlegendsten sind konzentrische und verschachtelte Wicklungen. Zu den Hauptfehlern, denen diese Wicklungen ausgesetzt sein können, gehören Kurzschlüsse zwischen den Windungen und Kurzschlüsse zum Gehäuse. Kurzschlüsse zwischen den Windungen können durch Alterung der Isolierung, Überlastbetrieb oder mechanische Schäden bei Kurzschlüssen zwischen den Windungen verursacht werden. Windungskurzschlüsse können auch auftreten, wenn der Ölstand im Transformator sinkt und Teile der Wicklungen über der Öloberfläche freiliegen. Gleichzeitig kann der Überstrom bei einem Durchgangskurzschluss die Wicklungen verformen, die Isolierung weiter schädigen und so einen Kurzschluss zwischen den Windungen auslösen.
Wenn ein Windungskurzschluss auftritt, kann der Strom in der kurzgeschlossenen Wicklung den Nennwert überschreiten, der Strom der gesamten Wicklung kann jedoch immer noch innerhalb des Grenzwerts liegen. In diesem Fall kann es sein, dass die Gasschutzeinrichtung anspricht und in schweren Fällen auch die Differentialschutzeinrichtung eingreift. Kurzschlüsse im Gehäuse können auch durch Isolationsalterung, Ölfeuchtigkeit, Ölstandsabfall oder Blitzschlag und betriebsbedingte Überspannungen verursacht werden. Darüber hinaus kann der Überstrom bei einem Durchgangskurzschluss auch zu einer Wicklungsverformung führen, die zu einem Kurzschluss zum Gehäuse führt. Diese Art von Kurzschluss löst normalerweise den Betrieb des Gasschutzgeräts und des Erdungsschutzgeräts aus.
6. Öltank Die Kernkomponenten eines Öltransformators-die Wicklungen und der Kern-sind in einem mit Transformatoröl gefüllten Öltank untergebracht. Diese Art von Öltank wird typischerweise aus Stahlplatten geschweißt und ist so konzipiert, dass er robusten mechanischen Schutz und hervorragende Kühlung bietet. Bei mittleren und kleinen Transformatoren besteht der Tank normalerweise aus zwei Teilen: dem Tankmantel und dem Tankdeckel. Das Transformatorgehäuse ist im Inneren des Gehäuses untergebracht, während die Öffnung des Tankdeckels die Inspektion und Wartung des Gehäuses erleichtert.
Darüber hinaus können Transformatoren basierend auf ihren Isolations- und Kühlmethoden in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: Öltransformatoren-und Trockentransformatoren-. Bei Öltransformatoren-werden der Kern und die Wicklungen gemeinsam in Transformatoröl getaucht, wodurch die Isolationsleistung verbessert und die Kühlbedingungen optimiert werden. Dennoch werden Trockentransformatoren auch in bestimmten spezifischen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in der Straßenbeleuchtung und in der Minenbeleuchtung.
1. Nicht-gekapselte Öltransformatoren-wie die Serien S8, S9 und S10 werden häufig in Industrie- und Bergbauunternehmen, in der Landwirtschaft und im Hochbau eingesetzt.
2. Geschlossene Öltransformatoren, darunter Modelle wie S9, S9-M und S10-M, eignen sich besonders für komplexe Umgebungen mit hohem Öl- und Chemikaliengehalt, beispielsweise in der Erdöl- und Chemieindustrie.
3. Abgedichtete Öltransformatoren wie die Serien BS9, S9, S10, S11-MR, SH und SH12-M werden häufig zur Stromverteilung an verschiedenen Standorten eingesetzt, darunter in Industrie- und Bergbauunternehmen, in der Landwirtschaft und in Zivilgebäuden.
Darüber hinaus gibt es Transformatoren, die für bestimmte Zwecke konzipiert sind, beispielsweise Hochspannungstransformatoren für Prüfzwecke, Transformatoren für Elektroöfen, Transformatoren zum Schweißen und Transformatoren für Thyristorschaltungen. Auch Spannungswandler und Stromwandler für Messgeräte sind unverzichtbar.
A. Die Nieder-Spannungswicklung eines Öltransformators-verwendet, sofern kein Kupferleiter in einem Modell mit kleiner-Kapazität verwendet wird, typischerweise ein zylindrisches Design mit Kupferfolienwicklung. Die Hochspannungswicklung verwendet eine mehrschichtige zylindrische Struktur. Dieses Design trägt dazu bei, eine ausgewogene Amperewindungsverteilung aufrechtzuerhalten, reduziert den Streufluss und verbessert die mechanische Festigkeit und die Kurzschlussfestigkeit.
B. Um die Stabilität zu gewährleisten, sind sowohl der Kern als auch die Wicklungen mit selbstsichernden Muttern gesichert, um Stößen während des Transports standzuhalten. Darüber hinaus ermöglicht die kernlose Struktur, dass der Transformator größeren Transportstößen standhält.
C. Während der Herstellung werden sowohl die Spulen als auch der Kern einer Vakuumtrocknung unterzogen, und Vakuum-Ölfiltrations- und Injektionsverfahren werden eingesetzt, um sicherzustellen, dass der interne Feuchtigkeitsgehalt minimiert wird.
D. Der Öltank verfügt über ein ausgeklügeltes Design mit Wellblechen, die über eine Atmungsfunktion verfügen, um durch Temperaturschwankungen verursachte Änderungen des Ölvolumens auszugleichen, wodurch ein Ölausdehnungsgefäß überflüssig wird und die Höhe des Transformators reduziert wird.
e. Durch die Verwendung von Wellblechen wird das Transformatoröl von der Außenluft isoliert, wodurch das Eindringen von Sauerstoff und Feuchtigkeit wirksam verhindert und so eine hervorragende Isolationsleistung aufrechterhalten wird.
F. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Konstruktionsmerkmale gemeinsam dafür sorgen, dass Öltransformatoren unter normalen Lastbedingungen keinen Ölwechsel erfordern, was die Wartungskosten erheblich senkt und ihre Lebensdauer erheblich verlängert.
In Situationen mit einer großen Anzahl primärer oder sekundärer Lasten empfiehlt es sich, zwei oder mehr Transformatoren zu konfigurieren. Auf diese Weise kann die Kapazität der verbleibenden Transformatoren den Leistungsbedarf der Primär- und Sekundärlasten decken, selbst wenn ein Transformator abschaltet. Gleichzeitig sollten Primär- und Sekundärlasten so weit wie möglich konzentriert werden, um eine übermäßige Streuung zu vermeiden.
Wenn die saisonale Belastungskapazität groß ist, werden spezielle Transformatoren empfohlen. Beispiele hierfür sind die Klimatisierung von Kühllasten und die Beheizung elektrischer Heizlasten in großen Zivilgebäuden. Bei Anwendungen mit hoher Einzellast werden spezielle Transformatoren empfohlen. Dazu gehören große Heizgeräte, große Röntgengeräte und Lichtbogenöfen.
Wenn die Beleuchtungslast groß ist oder die gemeinsame Nutzung eines Transformators für Strom und Beleuchtung die Lichtqualität und die Lebensdauer der Glühbirne erheblich beeinträchtigt, kann ein spezieller Beleuchtungstransformator installiert werden. Normalerweise teilen sich Strom und Beleuchtung einen einzigen Transformator.
7. Betriebsumgebung:
Unter normalen Umgebungsbedingungen sind sowohl Öl-{0}Transformatoren als auch Trockentransformatoren- praktikable Optionen. Diese Transformatoren eignen sich für Industrie- und Bergbauunternehmen, unabhängige oder angeschlossene Umspannwerke in der Landwirtschaft und unabhängige Umspannwerke in Wohngebieten. Zu den verfügbaren Transformatormodellen gehören S8, S9, S10, SC(B)9 und SC(B)10. Darüber hinaus muss der Einfluss der Temperatur auf die Transformatorauswahl berücksichtigt werden.
① Diese Transformatoren können einen langfristig stabilen Betrieb bei 220 Grad aufrechterhalten.
② Sie können kurzzeitigen hohen-Temperaturschocks von 350 Grad problemlos standhalten.
③ Diese Transformatoren behalten unabhängig von großen Temperaturschwankungen oder Feuchtigkeitsschwankungen eine hervorragende Leistung.
④ Bei 250 Grad schmelzen sie nicht, fließen nicht und unterstützen die Verbrennung nicht.
⑤ Noch bemerkenswerter ist, dass diese Transformatoren selbst bei extremen Temperaturen von bis zu 750 Grad keine giftigen oder korrosiven Gase freisetzen.
Darüber hinaus verfügen diese Transformatoren über eine hervorragende Belastbarkeit und sind in der Lage, den Leistungsbedarf unter verschiedenen komplexen Betriebsbedingungen zu decken.
Bei der Bestimmung der Leistung von Verteiltransformatoren muss die Leistung verschiedener elektrischer Geräte umfassend berücksichtigt und die Belastung berechnet werden (in der Regel ohne Brandschutzlast). Die kompensierte Scheinleistung ist die primäre Grundlage für die Auswahl der Transformatorkapazität und -anzahl. Normalerweise wird der Lastfaktor des Transformators bei etwa 85 % gehalten. Diese Methode ist relativ einfach und zur Kapazitätsschätzung geeignet.
Gemäß den Empfehlungen von GB/T17468-1998 „Auswahlrichtlinien für Leistungstransformatoren“ sollte die Kapazitätsauswahl von Verteilungstransformatoren mit GB/T15164-94 „Lastrichtlinien für ölgetauchte Leistungstransformatoren“ oder GB/T17211-1998 „Lastrichtlinien für Trockentyp-Leistungstransformatoren“ kombiniert und auf der Grundlage der berechneten Last bestimmt werden. Die beiden oben genannten Richtlinien stellen Computerprogramme und normale Zykluslastdiagramme bereit, um die Kapazität von Verteiltransformatoren genauer zu bestimmen.
Transformatorenöl wird wegen seiner hervorragenden Isolierung und Wärmeleitfähigkeit bevorzugt und ist relativ preisgünstig.
Transformatorenöl löst effektiv die Probleme der Wärmeableitung und der Hochspannungsisolierung in Transformatoren mit großer Kapazität.
Allerdings hat es auch einige Nachteile:
Transformatoröl ist brennbar; Kontakt mit einer Flamme kann möglicherweise zu einer Verbrennung oder sogar Explosion führen und erfordert eine sorgfältige Handhabung.
Dieses Öl stellt ein potenzielles Gesundheitsrisiko dar, das entsprechende Schutzmaßnahmen beim Betrieb erforderlich macht.
Transformatorenöl erfordert eine regelmäßige professionelle Inspektion, um seine stabile und sichere Leistung sicherzustellen.
Öltransformatoren- zeichnen sich durch eine schlechte Dichtungsleistung und eine Anfälligkeit für Alterung aus, was zu schwerwiegenden Öllecks am Betriebsort führen kann. Dies beeinträchtigt nicht nur den normalen Betrieb des Geräts, sondern kann auch negative Auswirkungen auf die Umgebung haben.
Öltransformatoren-haben relativ niedrige Isolationsklassen und werden typischerweise gemäß den Isolationsstandards der Klasse A entworfen und hergestellt. Daher muss bei der Auswahl und Verwendung besonderes Augenmerk auf die Lebensdauerbeurteilung gelegt werden.
Der Polymerisationsgrad (DP) von Transformatorisolationsmaterialien ist ein wichtiger Indikator zur Messung des Grads der Isolationsalterung und seine Genauigkeit und Zuverlässigkeit sind weithin anerkannt. Um den Alterungsgrad von Transformatoren zu bestimmen, verwenden wir typischerweise den durchschnittlichen Polymerisationsgrad (DP) des Isolierkartons als Standard. Im Folgenden sind unsere Kriterien aufgeführt: Ein durchschnittlicher DP von weniger als 450 weist auf eine Lebensdauerklasse hin; Ein durchschnittlicher DP von weniger als 250 weist auf einen gefährlichen Grad hin.
1) Zugfestigkeitsstandards für Lebensdauer und Gefahrenklassen
In der Lebensdauerklasse behält das Isolierpapier unter externen Kurzschlussbedingungen 60 % seiner ursprünglichen maximalen Zugfestigkeit. Sobald der Gefahrengrad erreicht ist, sinkt diese Restfestigkeit auf 15 %.
2) DP-Fehlerwahrscheinlichkeitsstandards für japanische Isolierpapierfasern
Wenn der DP-Wert größer oder gleich 450 ist, beträgt die Ausfallwahrscheinlichkeit der Isolierpapierfaser 0; Wenn der DP-Wert zwischen 450 und 250 liegt, ist die Ausfallwahrscheinlichkeit umgekehrt proportional zum DP-Wert, insbesondere (450 - DP) / 200; und wenn der DP-Wert weniger als 250 beträgt, beträgt die Ausfallwahrscheinlichkeit 1.
3) Formel zur Schätzung der verbleibenden Lebensdauer eines Transformators anhand des durchschnittlichen DP
Wir können die verbleibende Lebensdauer eines Transformators anhand seines anfänglichen durchschnittlichen DP-Werts (n0), des durchschnittlichen DP nach L Jahren (nL) und der Anzahl der Jahre L abschätzen. Die spezifische Formel lautet: Verbleibende Lebensdauer (nL/n0)=(1 - r)L, wobei r die Abnahmerate des durchschnittlichen DP ist.
Beim Betrieb eines in Öl getauchten Leistungstransformators wird die von den Wicklungen und dem Kern erzeugte Wärme zunächst auf das Transformatoröl und dann durch das Öl auf das Kühlmedium übertragen. Abhängig von der Transformatorleistung gibt es verschiedene Kühlmethoden:
1. Natürliche Ölzirkulationskühlung, d. h. Öl-eingetauchte Selbstkühlung-.
2. Luftkühlung mit natürlicher Ölzirkulation, d. h. Öl--Tauchluftkühlung.
3. Wasserkühlung mit erzwungener Ölzirkulation.
4. Luftkühlung mit Zwangsölzirkulation.
Dies sind gängige Kühlmethoden für in Öl-eingetauchte Leistungstransformatoren. Die Wahl der geeigneten Kühlmethode basierend auf der tatsächlichen Nutzung ist von entscheidender Bedeutung.
1. Anwendungsbereich: Geeignet für Höhen von nicht mehr als 1000 Metern, für den Innen- und Außenbereich.
2. Umgebungsbedingungen: Stabiler Betrieb unter Bedingungen einer maximalen Umgebungstemperatur von +40 Grad und einer maximalen Tagesdurchschnittstemperatur von +30 Grad.
3. Temperaturbereich: Jährliche Durchschnittstemperatur +20 Grad, Mindesttemperatur -25 Grad.
4. Kundenspezifische Anpassung: Transformatorlösungen für spezielle Betriebsbedingungen können entsprechend den Benutzeranforderungen bereitgestellt werden.
Als nächstes werden wir uns mit der Fehleranalyse dieser Kühlmethoden in praktischen Anwendungen befassen.
Bei Transformatoren können während des Betriebs verschiedene Fehler auftreten, darunter Fehler in Wicklungen, Durchführungen, Stufenschaltern und Zubehörteilen wie Kern und Tank. Wicklungsfehler äußern sich hauptsächlich als Kurzschlüsse zwischen den Windungen, Wicklungserdung, Phasen-{2}-Phasen-Kurzschlüsse, offene Stromkreise und Schweißfehler. Durchführungsfehler werden in der Regel durch Kalkablagerungen verursacht, die bei starkem Nebel oder leichtem Regen leicht einen Überschlag auslösen können, der zu einer einphasigen Erdung oder zu Kurzschlüssen zwischen den Phasen -zu - auf der Hochspannungsseite des Transformators führen kann. Darüber hinaus stellen auch schwere Leckagen ein erhebliches Problem dar, die durch Schweißrisse, Dichtungsversagen, Vibrationen während des Betriebs, äußere Einwirkungen auf den Tank und Korrosionsschäden verursacht werden können. Wenn Leckagen festgestellt werden, sollte der Transformator sofort zur Reparatur und Schmierung abgeschaltet werden. Gleichzeitig müssen Störungen des Stufenschalters genau überwacht werden.