Силовые масляные трансформаторы играют ключевую роль в передаче и распределении электроэнергии. Они используются в различных отраслях промышленности, хозяйственной деятельности, строительстве, малыми и крупными потребителями. В этой статье мы обсудим устройство силовых масляных трансформаторов, принцип их работы и особенности классификаций и маркировки. Поможет нам в этом продукция компании ООО “СИА РУС”, на сайте https://sea-rus.com/ вы можете ознакомиться с каталогом трансформаторов и реакторов, которые изготавливает эта компания.
Для чего и где нужны силовые масляные трансформаторы
Силовые масляные трансформаторы предназначены для преобразования напряжения переменного тока с одного уровня на другой (повышение или понижение). Они используются в энергетике и промышленности благодаря своей надежности и эффективности. Выделим основные области применения силовых масляных трансформаторов.
Энергосистемы: используются для передачи электроэнергии от электростанций до потребителей через высоковольтные ЛЭП. Повышающие трансформаторы увеличивают напряжение перед передачей, чтобы минимизировать потери энергии во время транспортировки, понижающие — снижают напряжение до безопасного уровня для конечных пользователей.
Промышленные предприятия: промышленные процессы требуют различного уровня напряжений для работы оборудования. Силовые трансформаторы обеспечивают нужное напряжение для двигателей, генераторов и другого электрооборудования.
Распределительные сети: устанавливают для понижения высокого напряжения, поступающего от магистральных линий, до уровней, пригодных для бытовых и коммерческих нужд.
Подстанции: это промежуточные звенья между генераторами и потребителями. Здесь силовые трансформаторы изменяют уровни напряжения.
Электротранспорт: В системах электроснабжения железнодорожного транспорта и городского электротранспорта (метро, трамваи, троллейбусы) трансформаторы преобразуют напряжения для питания тяговых подстанций.
Почему такое название
Масляные трансформаторы получили свое название из-за использования трансформаторного масла в качестве изоляционной среды и охлаждающего агента. Масло обеспечивает высокую диэлектрическую прочность и эффективное охлаждение обмоток и сердечника трансформатора.
Общее устройство масляного трансформатора
Устройство силового масляного трансформатора довольно сложное, однако можно выделить его ключевые элементы:
1. Сердечник
Изготавливают из листовой электротехнической стали, обладающей высокой магнитной проницаемостью. Сталь собрана в виде пакета пластин, изолированных друг от друга для минимизации потерь на вихревые токи. Сердечник служит для создания магнитопровода, который передает магнитный поток от первичной обмотки ко вторичной.
2. Обмотки
Состоят из медных или алюминиевых проводов, намотанных вокруг сердечника. Первичная обмотка подключается к источнику входного напряжения, а вторичная — к нагрузке. Число витков каждой обмотки определяет коэффициент трансформации: отношение входного напряжения к выходному.
3. Бак трансформатора
Содержит трансформаторное масло, которое служит одновременно изолятором и охладителем. Масло заполняет пространство между сердечником и стенками бака, обеспечивая надежное охлаждение обмоток и предотвращая перегрев.
4. Система охлаждения
Бывает нескольких типов:
- Естественное воздушное: теплообмен происходит за счет естественной конвекции воздуха.
- Масляное с естественным охлаждением: масло циркулирует внутри бака за счет естественных процессов теплообмена.
- Масляное с принудительной циркуляцией: используется насос для ускорения циркуляции масла.
- Дутьевое охлаждение: воздух подается вентилятором для усиления отвода тепла.
5. Расширительный бак
Предназначен для компенсации изменений объема масла при колебаниях температуры. Это предотвращает избыточное давление в основном баке и возможные утечки масла.
6. Газовое реле
Защищает трансформатор от внутренних повреждений. Оно контролирует состояние газа, выделяемого маслом при нагревании или дуговом разряде, и автоматически отключает трансформатор при обнаружении аномалий.
7. Термометры и датчики температуры
Нужны для контроля температурного режима, установлены в различных точках трансформатора. Они позволяют отслеживать температуру масла и обмоток, предупреждая перегрузку.
8. Изоляция
Все части трансформатора, находящиеся под напряжением, имеют надежную электрическую изоляцию. Изоляционные материалы защищают обмотки и другие компоненты от пробоя и короткого замыкания.
9. Выключатели и разъединители
Предназначены для отключения трансформатора от сети при аварийных ситуациях или для проведения технического обслуживания. Они обеспечивают безопасность персонала и предотвращают повреждение оборудования.
10. Крышка и вводы
Крышка герметично закрывает бак трансформатора, предотвращая попадание влаги и загрязнений внутрь. Вводы представляют собой изолированные выводы для подключения первичных и вторичных цепей.
11. Заземление
Важная часть конструкции — система заземления, обеспечивающая защиту от случайного появления высокого потенциала на корпусе трансформатора.
Изоляция масляных трансформаторов
Изоляция в силовых масляных трансформаторах решает две задачи. Во-первых, предотвращает электрический пробой между различными частями трансформатора, находящимися под разными потенциалами. Во-вторых, защищает устройство от внешних воздействий.
1. Назначение изоляции
Основная задача изоляции — предотвратить короткое замыкание между обмотками и сердечником, между фазами и землей. Защищает оборудование от перенапряжения и поддерживает работу в неблагоприятных условиях.
2. Типы изоляции
В сухих трансформаторах изоляция воздушная. В масляных трансформаторах для изоляции используют следующие материалы:
- Минеральное масло: Основной тип изоляции. Масло обладает высокими диэлектрическими свойствами и одновременно служит охлаждающим агентом.
- Сухие твердые: Это диэлектрические бумага, картон, стекловолокно и другие синтетические материалы. Используются для дополнительной изоляции обмоток и соединений.
- Комбинированные: Некоторые производители используют комбинации материалов для повышения общей прочности и долговечности изоляции.
3. Основные виды изоляции
- Главная изоляция: Защищает обмотки от воздействия окружающей среды и механических повреждений. Включает внешнюю оболочку трансформатора, стенки бака и расширительного бачка.
- Междуфазовая изоляция: Предотвращает короткие замыкания между фазами обмоток. Обычно выполняется с помощью специальных перегородок и прокладок.
- Изоляция выводов: Обеспечивает безопасное подключение трансформатора к внешним цепям. Выводы защищены специальными колпачками и уплотнениями.
- Изоляция обмоток: Между слоями обмоток укладываются слои бумаги или картона, пропитанные маслом, чтобы избежать межвитковых замыканий.
Силовые масляные трансформаторы и их мощности
Мощность масляного трансформатора определяется количеством электрической энергии, которую он способен передать от одной обмотки к другой без превышения допустимых тепловых нагрузок. Этот параметр измеряется в киловольт-амперах (кВА) или мегавольт-амперах (МВА).
Основные диапазоны мощностей масляных трансформаторов:
Малой мощности (до 1000 кВА):
Применяются в небольших распределительных сетях, промышленных установках и жилых зданиях. Пример: для подачи электричества в отдельные дома или небольшие производственные объекты.
Средней мощности (от 1000 до 25000 кВА):
Используются в средних и крупных предприятиях, городских распределительных сетях и объектах инфраструктуры. Пример: для электроснабжения торговых центров, больниц, школ и других общественных зданий.
Высокой мощности (свыше 25000 кВА):
Применяются в электроэнергетической отрасли для передачи больших объемов электроэнергии на дальние расстояния. Пример: на крупных электростанциях и подстанциях.
Факторы, влияющие на мощность трансформатора:
- Чем больше площадь поперечного сечения сердечника, тем большую мощность может передавать трансформатор.
- Использование меди вместо алюминия увеличивает эффективность и снижает потери, позволяя трансформатору работать с большей мощностью.
- Масляное, воздушное или комбинированное охлаждение поддерживает оптимальную температуру, исключает перегрев при нагрузке.
- Мощность трансформатора зависит от произведения напряжения и силы тока, проходящих через его обмотки.
Примеры мощностей масляных трансформаторов:
Малой мощности (до 500 кВА): встречаются в бытовых и мелких промышленных применениях.
Средней мощности (от 1000 до 10000 кВА): используются в городских распределительных сетях и на промышленных объектах.
Большой мощности (более 30000 кВА): применяются на крупных подстанциях и электростанциях для передачи электроэнергии на большие расстояния.
Заключение
Итак, силовые масляные трансформаторы называются так, из-за использования трансформаторного масла в качестве изоляционной среды и охлаждающего агента. Масло обеспечивает высокую диэлектрическую защиту и эффективное охлаждение обмоток и сердечника. Однако, создает проблемы возгорания и необходимость периодического технического обслуживания.