電源トランス — 装置と動作原理
電気を長距離輸送する場合、損失を減らすために変電の原理が使用されます。この目的のために、発電機によって生成された電気は変電所に供給されます。電力線に入る電圧の振幅が増加します。
伝送線の他端は遠隔変電所の入力に接続されます。そこでは、消費者間で電力を分配するために電圧が下げられます。
どちらの変電所でも、特別な電源装置が高出力電力の変換に関与しています。
1. 変圧器;
2.単巻変圧器。
これらには多くの共通の機能と特性がありますが、特定の動作原理が異なります。この記事では、個々のコイル間の電気の伝達が電磁誘導による最初の設計のみについて説明します。この場合、振幅が変化する電流および電圧高調波によって発振周波数が維持されます。
変圧器は、低電圧交流をより高い電圧に変換する（昇圧変圧器）、またはより高い電圧をより低い電圧に変換する（降圧変圧器）ために使用されます。最も普及しているのは、送電線および配電網の一般用途向けの電源変圧器です。ほとんどの場合、電源変圧器は三相変流器として構築されます。
デバイスの特性
電力の変圧器は、強固な基礎を備えた事前に準備された固定場所に設置されます。トラックとローラーを地面に設置して設置できます。
110/10 kV 電圧システムで動作し、合計電力が 10 MVA である多くのタイプの変圧器のうちの 1 つの全体図を下の図に示します。
その構造のいくつかの個々の要素には署名が提供されます。より詳細には、主要部品の配置およびそれらの相互配置が図に示されている。
タンク内にはコア9が設置され、その上に低圧巻線11と高電圧巻線10が配置され、変圧器の前壁は8であり、高圧巻線の端子は磁器絶縁体を介して入力に接続されています。 2.
低圧巻線の巻線も絶縁体３を通る電線に接続されています。タンクの上端にはカバーが取り付けられており、タンクとカバーの接合部へのオイルの漏れを防ぐためにゴム製のガスケットが挟まれています。タンクの壁には2列の穴が開けられ、薄壁のパイプ7が溶接されており、そこを油が流れます。
カバーにノブ 1 があります。これを回すと、高電圧コイルの巻き数を切り替え、負荷時の電圧を調整できます。カバーにはクランプが溶接されており、その上にエキスパンダーと呼ばれるタンク５が取り付けられている。
オイルレベルを監視するためのガラス管を備えたインジケーター 4 と、周囲の空気と連通するためのフィルター付きプラグ 6 を備えた変圧器は、ローラー 12 上を移動し、その軸はタンクの底部に溶接されたビームを通過します。 。
大電流が流れると、変圧器の巻線は変形する傾向のある力を受けます。巻線の強度を高めるために、巻線は絶縁シリンダーに巻かれます。正方形のストリップを円の中に配置すると、円の領域が完全に使用されなくなります。したがって、変圧器ロッドは、異なる幅のシートから組み立てることによって、階段状の断面で作られます。
変圧器の油圧回路図
この図は、主要な要素の簡略化された構成と相互作用を示しています。
オイルの充填/排出には特殊なバルブとスクリューが使用され、タンクの底にある遮断バルブはオイルのサンプルを採取して化学分析を行うように設計されています。
冷却の原理
電源トランスには 2 つのオイル循環回路があります。
1. 外部。
2.内部。
最初の回路は、金属パイプのシステムによって接続された上部と下部のコレクタで構成されるラジエーターによって表されます。加熱されたオイルはそれらを通過し、冷媒ライン内で冷却されてタンクに戻ります。
タンク内のオイル循環は次のように行うことができます。
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自然な方法で。
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ポンプによってシステム内に圧力が生成されるため、強制的に作動します。
多くの場合、タンクの表面積は波形、つまりオイルと周囲の大気の間の熱伝達を改善する特殊な金属板を作成することによって増加します。
ラジエーターから大気への熱の取り入れは、ファンによってシステムに送風することによって、または自由空気対流によってファンなしで実行できます。強制エアフローにより、機器からの熱除去が効果的に増加しますが、システムを動作させるためのエネルギー消費も増加します。彼らは減らすことができます トランスの負荷特性 最大25%。
最新の高出力変圧器から放出される熱エネルギーは膨大な値に達します。その規模は、現在、彼らが費用をかけて、常時稼働している変圧器の隣にある工業用建物を暖房するためのプロジェクトを実施し始めたという事実に起因すると考えられます。冬でも装置の最適な動作条件を維持します。
変圧器内の油面制御
変圧器の信頼性の高い動作は、タンクに充填されている油の品質に大きく依存します。動作中、絶縁油は 2 種類に区別されます。1 つはタンクに注がれる純粋な乾性油、もう 1 つは変圧器の動作中にタンク内にある作動油です。
変圧器油の仕様により、粘度、酸性度、安定性、灰分、機械的不純物の含有量、引火点、流動点、透明度が決まります。
変圧器の異常な動作状態は油の品質に直ちに影響を与えるため、変圧器の動作においてその制御は非常に重要です。油は空気と触れ合うことで湿り、酸化していきます。遠心分離機やフィルタープレスで洗浄することで、オイルから水分を除去できます。
酸性度やその他の技術的特性の違反は、特別な装置で油を再生することによってのみ除去できます。
巻線の欠陥、絶縁不良、局所的な加熱や「アイロンの火災」などの変圧器の内部故障は、オイルの品質の変化につながります。
オイルはタンク内を継続的に循環します。その温度は、影響を与える要因の複合体全体に依存します。したがって、その体積は常に変化しますが、一定の範囲内に維持されます。膨張タンクは、オイルの体積偏差を補正するために使用されます。現在のレベルを監視するのに便利です。
これにはオイルインジケーターが使用されます。最も単純な装置は、体積単位で事前に等級分けされた透明な壁を備えた通信容器のスキームに従って作成されます。
このような圧力計を膨張タンクと並列に接続するだけで、動作を監視できます。実際には、この動作原理とは異なる他のオイル指標があります。
湿気の侵入に対する保護
膨張タンクの上部は大気と接しているため、オイルへの水分の浸入を防ぎ、誘電特性を低下させるエアドライヤーが設置されています。
内部損傷保護
オイルシステムの重要な要素です ガスリレー… 主変圧器タンクと膨張タンクを接続する配管内に設置されます。したがって、オイルと有機断熱材によって加熱されたときに放出されるすべてのガスは、ガスリレーの感応要素を備えたコンテナを通過します。
このセンサーは、動作時から非常に少量の許容ガス形成に設定されていますが、ガス形成が 2 段階で増加するとトリガーされます。
1. 第 1 の設定値に達したときに、サービス担当者に故障の発生について光/音の警告信号を発します。
2. 激しいガス発生が発生した場合は、変圧器のすべての側にある電源ブレーカーをオフにして電圧を解放します。ガス発生は、タンク内の短絡から始まる、オイルと有機絶縁体の強力な分解プロセスの始まりを示します。
ガスリレーの追加機能は、変圧器タンク内のオイルレベルを監視することです。臨界値まで低下すると、設定に応じてガス保護が機能します。
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信号のみ。
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信号でスイッチを切る。
タンク内の緊急圧力上昇に対する保護
ドレンパイプは変圧器のカバーにその下端がタンクの容量と連通するように取り付けられており、油は内部を膨張機内のレベルまで流れます。チューブの上部はエキスパンダーの上に上がり、わずかに下に曲がりながら横に引っ込みます。その端はガラス製の安全膜で密閉されており、不定の加熱の発生により圧力が緊急に上昇した場合には破損します。
このような保護の別の設計は、圧力が上昇すると開き、解放されると閉じるバルブ要素の取り付けに基づいています。
もう 1 つのタイプはサイフォン保護です。これは、ガスの急激な上昇による翼の急速な圧縮に基づいています。その結果、圧縮されたバネの影響下にある通常の位置にある矢を保持しているロックがノックダウンされます。放たれた矢はガラス膜を破壊し、圧力を解放します。
電源トランス接続図
タンクハウジングの内部には次のものが配置されています。
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上部と下部の梁を備えたスケルトン。
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磁気回路。
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高電圧コイルと低電圧コイル。
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曲がりくねった枝の調整。
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低電圧および高電圧タップ
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高電圧および低電圧ブッシングの底部。
フレームはビームとともに、すべてのコンポーネントを機械的に固定する役割を果たします。
インテリア・デザイン
磁気回路はコイルを通過する磁束の損失を減らす役割を果たします。積層法を使用してさまざまな種類の電磁鋼板から作られています。
負荷電流は変圧器の相巻線を流れます。製造の材料として金属が選択されます。断面が円形または長方形の銅またはアルミニウムです。ターンを絶縁するために、特別なブランドのケーブル紙または綿糸が使用されます。
電源変圧器で使用される同心巻線では、通常、低電圧 (LV) 巻線がコア上に配置され、その外側が高電圧 (HV) 巻線で囲まれています。この巻線の配置により、第一に、高電圧巻線をコアから移動することが可能になり、第二に、修理中に高電圧巻線へのアクセスが容易になります。
コイルの冷却を改善するために、コイル間の絶縁スペーサーとガスケットによって形成されたチャネルがコイル間に残されます。オイルはこれらのチャネルを循環し、加熱されると上昇し、タンクのパイプを通って下降し、そこで冷却されます。
同心コイルは、一方が他方の内側に配置された円筒の形で巻かれています。高圧側では連続巻線または多層巻線が作成され、低圧側では螺旋状および円筒状の巻線が作成されます。
LV 巻線はロッドの近くに配置されます。これにより、絶縁層を作成しやすくなります。次に、高圧側と低圧側を絶縁する特別なシリンダーがその上に取り付けられ、その上に HV 巻線が取り付けられます。
説明されている設置方法は、下の写真の左側に示されており、変圧器ロッド巻線が同心円状に配置されています。
写真の右側は、絶縁層によって分離された交互巻線がどのように配置されているかを示しています。
巻線の絶縁体の電気的および機械的強度を高めるために、その表面には特殊なタイプのグリフタル酸ワニスが含浸されています。
電圧の片側で巻線を接続するには、次の回路が使用されます。
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出演者;
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三角形;
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ジグザグ。
この場合、表に示すように、各コイルの端にはラテン語のアルファベットの文字が付けられます。
変圧器の種類 巻線側 低電圧 中電圧 高電圧 始端ニュートラル 始端ニュートラル 始端ニュートラル 単相 a x — At Ht — A x — 二巻線 三相 a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y with G°C Z 3巻線3相 a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 °С Z Ht °С Z
巻線の端子は、変圧器タンク カバーにあるブッシュ絶縁体ボルトに取り付けられた対応する引き込み導体に接続されます。
出力電圧の値を調整できるようにするために、巻線に分岐が作成されます。制御分岐の変形例の 1 つを図に示します。
電圧調整システムは、公称値を ± 5% 以内で変更できるように設計されています。これを行うには、それぞれ 2.5% の 5 つのステップを完了します。
高出力電源変圧器の場合、レギュレーションは通常、高電圧巻線で作成されます。これにより、タップ スイッチの設計が簡素化され、その側でより多くのターンを提供することで出力特性の精度を向上させることができます。
多層の円筒形コイルでは、調整ブランチはコイルの端の層の外側に作られ、ヨークに対して同じ高さに対称的に配置されます。
変圧器の個々のプロジェクトについては、中央部分で分岐が作成されます。逆回路を使用する場合、巻き線の半分は右コイルで行われ、もう半分は左コイルで行われます。
タップの切り替えには三相スイッチを使用しています。
コイルの分岐に接続される固定接点と、回路を切り替える可動接点のシステムがあり、固定接点で異なる電気回路を作成します。
分岐がゼロ点付近で行われる場合、1 つのスイッチで 3 つのフェーズすべての動作が一度に制御されます。これは、スイッチの個々の部分間の電圧が線形値の 10% を超えないため可能です。
タップが巻線の中間部分に作成される場合、独自の個別のスイッチが各相に使用されます。
出力電圧の調整方法
各コイルの巻き数を変更できるスイッチには 2 種類があります。
1.負荷軽減あり。
2.負荷がかかっている状態。
最初の方法は完了までに時間がかかるため、一般的ではありません。
負荷スイッチングにより、接続された消費者に中断のない電力を供給することで、電気ネットワークの管理が容易になります。ただし、これを行うには、追加機能を備えた複雑なスイッチ設計が必要です。
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スイッチング中に隣接する 2 つの接点を接続することにより、負荷電流を中断することなく分岐間の遷移を実行します。
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接続されたタップが同時にオンになっている間に、接続されたタップ間の巻線内の短絡電流を制限します。
これらの問題に対する技術的解決策は、限流リアクトルと抵抗器を使用して、遠隔制御で操作されるスイッチング デバイスを作成することです。
記事の冒頭に示した写真では、電源トランスは、電気モーターを制御するリレー回路とアクチュエーターおよびコンタクターを組み合わせた AVR 設計を作成することにより、負荷時の出力電圧の自動調整を使用しています。
原理と動作モード
電源変圧器の動作は、従来の変圧器と同じ法則に基づいています。
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振動の時間変化する高調波とともに入力コイルを通過する電流は、磁気回路内に変化する磁界を誘発します。
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2 番目のコイルの巻線を貫く磁束の変化により、コイル内に EMF が誘導されます。
動作モード
動作中およびテスト中、電源変圧器は動作モードまたは緊急モードになる場合があります。
電圧源を一次巻線に接続し、負荷を二次巻線に接続することによって作成される動作モード。この場合、巻線の電流値は計算された許容値を超えてはなりません。このモードでは、電源変圧器は、接続されているすべての消費者に長時間、確実に電力を供給する必要があります。
動作モードの変形として、電気的特性をチェックするための無負荷および短絡テストがあります。
二次回路を開いてその中の電流の流れを遮断することによって無負荷が作成されます。以下を決定するために使用されます。
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効率;
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変換係数;
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コアの磁化による鋼材の損失。
短絡の試みは、二次巻線の端子を短絡することによって作成されますが、変圧器の入力電圧が、それを超えることなく二次定格電流を生成できる値まで過小評価されます。この方法は銅損を決定するために使用されます。
緊急モードでは、変圧器にはその動作に対する違反が含まれており、動作パラメータの許容値の範囲外の逸脱につながります。巻線内の短絡は特に危険であると考えられます。
緊急モードは電気機器の火災を引き起こし、取り返しのつかない事態を引き起こす可能性があります。これらは電力システムに大きな損害を与える可能性があります。
したがって、このような状況を防ぐために、すべての電源変圧器には自動保護装置と信号装置が装備されており、一次ループの通常の動作を維持し、故障時にはすぐにすべての側から切り離すように設計されています。