In olie{0}}ondergedompelde transformatoren, als sleutelapparatuur in stroomdistributiesystemen voor industriële en mijnbouwbedrijven en civiele gebouwen, vervullen de belangrijke taak van het verlagen van de spanning van 10(6)kV of 35kV hoog-hoogspanningsnetwerken naar 230/400V busspanning om aan de stroombehoeften van gebruikers te voldoen. Dit type transformator is geschikt voor AC 50(60)Hz-voedingen, met een maximaal drie-fasig nominaal vermogen van 2500 kVA en een maximaal enkel-fasig nominaal vermogen van 833kVA (maar enkel-fasige transformatoren worden over het algemeen niet aanbevolen). Het kan binnen worden gebruikt of buiten worden geïnstalleerd. Bij transformatoren met een vermogen van 315kVA en lager kan deze zelfs direct op een paal worden gemonteerd. Bovendien heeft het bepaalde eisen met betrekking tot omgevingsomstandigheden, waaronder het bereik van de omgevingstemperatuur, de maximale dagelijkse gemiddelde temperatuur, de maximale jaargemiddelde temperatuur, de relatieve vochtigheid en de hoogte. Als de feitelijke gebruiksomstandigheden niet in overeenstemming zijn met deze voorschriften, moeten passende quota-aanpassingen worden doorgevoerd volgens de norm GB6450-86.
1. Faseonderscheid Olie-ondergedompelde transformatoren kunnen worden onderverdeeld in drie-fasetransformatoren en enkel- enkelfasige transformatoren. In drie-stroomsystemen zijn drie-fasetransformatoren de conventionele keuze. Wanneer de capaciteit echter te groot is of de transportomstandigheden beperkt zijn, kunnen drie een-fasige transformatoren worden gebruikt om een transformatorbank te vormen die aan de vraag kan voldoen.
2. Wikkelingsclassificatie
Transformatoren kunnen worden ingedeeld in twee-wikkeltransformatoren en drie-wikkeltransformatoren op basis van het aantal wikkelingen. Twee-wikkeltransformatoren zijn van het gebruikelijke type, met twee wikkelingen in de kern: de ene als primaire wikkeling en de andere als secundaire wikkeling. Drie-wikkeltransformatoren zijn doorgaans geschikt voor grotere capaciteiten (meer dan 5600 kVA), en deze transformatoren kunnen worden aangesloten op drie verschillende spanningstransmissielijnen. Bovendien worden in sommige speciale toepassingen zelfs Satons-transformatoren met meer wikkelingen gebruikt.
3. Structurele classificatie
Transformatoren kunnen worden ingedeeld in transformatoren van het kern-type en transformatoren van het shell-type op basis van hun structurele kenmerken. Bij transformatoren van het kern-type zijn de wikkelingen gewoonlijk rond de buitenkant van de kern gewikkeld, terwijl bij transformatoren van het schaal-type de kern zich rond de wikkelingen bevindt. Deze twee soorten transformatoren hebben kleine structurele verschillen, maar hun werkingsprincipes zijn niet fundamenteel verschillend. In de praktijk is de overgrote meerderheid van de transformatoren die gewoonlijk in energiesystemen worden gebruikt, van het kerntype-.
Daarnaast bevatten transformatoren ook andere belangrijke componenten, zoals de kern, wikkelingen, olietank, olieconservator, isolatiebussen, kraanwisselaars en gasrelais, die samen de volledige structuur van de transformator vormen.
4. Kern Als kern van het magnetische circuit van de transformator speelt de kern een cruciale rol. Tijdens de werking van de transformator genereert de kern warmte als gevolg van hysterese en wervelstroomverliezen. Om dit warmteverlies effectief te verminderen en de grootte en het gewicht van de transformator te minimaliseren, worden doorgaans koud-gewalste korrel-georiënteerde siliciumstaalplaten met hoge permeabiliteit en een dikte van minder dan 0,35 mm gebruikt om de kern te construeren. Bovendien kunnen transformatoren, op basis van de rangschikking van de wikkelingen in de kern, in twee typen worden ingedeeld: kern-type en schaal-type.
Om ervoor te zorgen dat de warmte die wordt gegenereerd door kernverliezen effectief wordt afgevoerd door de isolerende olie tijdens de circulatie, wordt bij transformatoren met een grote-capaciteit, waardoor een goede koeling wordt bereikt, de kern meestal ontworpen met speciale koeloliekanalen.
5.Wikkelingen De wikkelingen zijn een belangrijk onderdeel van de transformator en zijn verantwoordelijk voor het omzetten van elektrische energie in magnetische energie en vervolgens weer in elektrische energie. In transformatoren zijn de wikkelingen doorgaans opgebouwd uit geïsoleerd koper- of aluminiumdraad om geleidingsverliezen te verminderen. Tegelijkertijd worden isolatiematerialen gebruikt om de wikkelingen te omwikkelen en te isoleren om de isolatieprestaties en warmteafvoer te garanderen. Op basis van de rangschikking van de wikkelingen in de kern kunnen transformatoren in twee typen worden ingedeeld: kern-type en schaal-type.
De wikkelingen en de kern vormen samen de kerncomponenten van een transformator. Tijdens de werking van de transformator genereren de wikkelingen warmte vanwege hun eigen weerstand of contactweerstand bij de verbindingen; dit fenomeen kan worden verklaard door de wet van Joule.
De wikkelingen zijn kritische componenten in een transformator en hun goede werking is essentieel voor de prestaties van de transformator. Wikkelingen kunnen tijdens bedrijf echter verschillende problemen tegenkomen. Ten eerste wordt er warmte gegenereerd als gevolg van de eigen weerstand van de wikkelingen of de contactweerstand bij de verbindingen, een natuurkundig fenomeen dat aan het licht komt door de wet van Joule. Daarom moeten de wikkelingen voorkomen dat er gedurende langere perioden stromen worden geleid die hun nominale stroom overschrijden, om oververhitting te voorkomen. Bovendien genereert deze, wanneer er een kortsluitstroom doorheen gaat, een aanzienlijke elektromagnetische kracht op de wikkelingen, wat mogelijk ernstige schade aan de transformator kan veroorzaken.
Er zijn verschillende soorten transformatorwikkelingen, waarvan de meest elementaire concentrische en verweven wikkelingen zijn. De belangrijkste fouten waarmee deze wikkelingen te maken kunnen krijgen, zijn onder meer kortsluitingen tussen de windingen en kortsluitingen in de behuizing. Kortsluitingen tussen de windingen tussen de windingen kunnen worden veroorzaakt door veroudering van de isolatie, overbelasting of mechanische schade tijdens kortsluitingen in de circuits. Kortsluitingen tussen de windingen kunnen ook optreden als het oliepeil in de transformator daalt, waardoor delen van de wikkelingen boven het olieoppervlak komen te liggen. Tegelijkertijd kan de overstroom tijdens een kortsluiting in een -circuit de wikkelingen vervormen, waardoor de isolatie verder wordt beschadigd en zo een kortsluiting tussen de- wikkelingen wordt veroorzaakt.
Wanneer er een kortsluiting tussen de windingen optreedt, kan de stroom in de kortgesloten wikkeling de nominale waarde overschrijden, maar kan de stroom van de gehele wikkeling nog steeds binnen de limiet liggen. In dit geval kan het gasbeveiligingsapparaat in werking treden en in ernstige gevallen kan het differentieelbeveiligingsapparaat ook ingrijpen. Kortsluiting in de behuizing kan ook worden veroorzaakt door veroudering van de isolatie, olievocht, oliepeildaling, blikseminslag en operationele overspanningen. Bovendien kan de overstroom tijdens een kortsluiting in het -circuit ook vervorming van de wikkeling veroorzaken, wat kan leiden tot kortsluiting in de behuizing. Dit type kortsluiting veroorzaakt meestal de werking van het gasbeveiligingsapparaat en het aardingsbeveiligingsapparaat.
6. Olietank De kerncomponenten van een olie-ondergedompelde transformator-de wikkelingen en de kern-zijn ondergebracht in een olietank gevuld met transformatorolie. Dit type olietank wordt doorgaans uit stalen platen gelast en is ontworpen om robuuste mechanische bescherming en uitstekende koeling te bieden. Bij middelgrote en kleine transformatoren bestaat de tank doorgaans uit twee delen: de tankwand en de tankafdekking. Het transformatorlichaam bevindt zich in de schaal, terwijl de opening van het tankdeksel inspectie en onderhoud van de carrosserie vergemakkelijkt.
Bovendien kunnen transformatoren worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën op basis van hun isolatie- en koelmethoden: olie-ondergedompeld en droog-type. Bij in olie-ondergedompelde transformatoren worden de kern en de wikkelingen samen ondergedompeld in transformatorolie, waardoor de isolatieprestaties worden verbeterd en de koelomstandigheden worden geoptimaliseerd. Niettemin worden droge-transformatoren ook gebruikt in bepaalde specifieke toepassingen, zoals straatverlichting en mijnverlichting.
1. Niet-ingesloten olie-ondergedompelde transformatoren, zoals de S8-, S9- en S10-serie, worden vaak gebruikt in industriële en mijnbouwbedrijven, de landbouw en de civiele bouw.
2. Gesloten olie-ondergedompelde transformatoren, waaronder modellen zoals S9, S9-M en S10-M, zijn bijzonder geschikt voor complexe omgevingen met hoge niveaus van olie en chemische stoffen, zoals die in de aardolie- en chemische industrie.
3. Afgedichte, in olie-ondergedompelde transformatoren, zoals de BS9-, S9-, S10-, S11-MR-, SH- en SH12-M-series, worden veel gebruikt voor stroomdistributie op verschillende locaties, waaronder industriële en mijnbouwbedrijven, landbouw en civiele gebouwen.
Daarnaast zijn er transformatoren die voor specifieke doeleinden zijn ontworpen, zoals hoog-spanningstransformatoren voor testen, transformatoren voor elektrische ovens, transformatoren voor lassen en transformatoren die worden gebruikt in thyristorcircuits. Ook spanningstransformatoren en stroomtransformatoren voor meetinstrumenten zijn onmisbaar.
A. De laag-wikkeling van een in olie-ondergedompelde transformator maakt, tenzij gebruik wordt gemaakt van een koperen geleider in een model met kleine- capaciteit, doorgaans gebruik van een cilindrisch ontwerp met koperfoliewikkeling. De hoogspanningswikkeling maakt gebruik van een cilindrische structuur met meerdere- lagen. Dit ontwerp helpt bij het behouden van een gebalanceerde stroom-stroomverdeling, vermindert de lekstroom en verbetert de mechanische sterkte en het vermogen om kortsluit- te weerstaan.
B. Om de stabiliteit te garanderen, zijn zowel de kern als de wikkelingen vastgezet met zelf-borgende moeren om stoten tijdens transport te weerstaan. Bovendien zorgt de kernloze structuur ervoor dat de transformator grotere transportschokken kan weerstaan.
C. Tijdens de productie ondergaan zowel de spoelen als de kern een vacuümdroging en worden er vacuümoliefiltratie- en -injectieprocessen toegepast om ervoor te zorgen dat het interne vochtniveau tot een minimum wordt beperkt.
D. De olietank heeft een ingenieus ontwerp met golfplaten, die een ademende functie hebben om veranderingen in het olievolume als gevolg van temperatuurschommelingen te compenseren, waardoor de noodzaak voor een olieconservator overbodig wordt en de hoogte van de transformator wordt verminderd.
e. Door het gebruik van golfplaten wordt de transformatorolie geïsoleerd van de buitenlucht, waardoor het binnendringen van zuurstof en vocht effectief wordt voorkomen, waardoor uitstekende isolatieprestaties behouden blijven.
F. Samenvattend zorgen deze ontwerpkenmerken ervoor dat in olie-ondergedompelde transformatoren onder normale belastingsomstandigheden geen olieverversing nodig is, waardoor de onderhoudskosten aanzienlijk worden verlaagd en hun levensduur aanzienlijk wordt verlengd.
In situaties met een groot aantal primaire of secundaire belastingen wordt aanbevolen om twee of meer transformatoren te configureren. Op deze manier kan, zelfs als één transformator wordt losgekoppeld, de capaciteit van de overige transformatoren voldoen aan de stroombehoefte van de primaire en secundaire belastingen. Tegelijkertijd moeten primaire en secundaire belastingen zoveel mogelijk worden geconcentreerd om overmatige verspreiding te voorkomen.
Wanneer de seizoensbelastingscapaciteit groot is, worden speciale transformatoren aanbevolen. Voorbeelden zijn onder meer de koelbelastingen van de airconditioning en de elektrische verwarmingsbelastingen voor verwarming in grote civiele gebouwen. In toepassingen met hoge geconcentreerde belastingen worden speciale transformatoren aanbevolen. Dit omvat grote verwarmingsapparatuur, grote röntgenapparatuur en vlamboogovens.
Als de verlichtingsbelasting groot is, of als het delen van een transformator voor stroom en verlichting een aanzienlijke invloed heeft op de verlichtingskwaliteit en de levensduur van de lamp, kan een speciale verlichtingstransformator worden geïnstalleerd. Normaal gesproken delen stroom en verlichting één enkele transformator.
7. Bedrijfsomgeving:
Onder normale omgevingsomstandigheden zijn zowel olie--ondergedompelde als droge- transformatoren haalbare opties. Deze transformatoren zijn geschikt voor industriële en mijnbouwbedrijven, onafhankelijke of geschakelde onderstations in de landbouw en onafhankelijke onderstations in woonwijken. Beschikbare transformatormodellen zijn onder meer S8, S9, S10, SC(B)9 en SC(B)10. Bovendien moet rekening worden gehouden met de invloed van de temperatuur op de selectie van transformatoren.
① Deze transformatoren kunnen op lange- termijn stabiel blijven werken bij 220 graden.
② Ze zijn gemakkelijk bestand tegen korte-hoge- temperatuurschokken van 350 graden.
③ Deze transformatoren behouden uitstekende prestaties, ongeacht grote temperatuurschommelingen of vochtigheidsschommelingen.
④ Bij 250 graden zullen ze niet smelten, stromen of de verbranding ondersteunen.
⑤ Nog opmerkelijker is dat deze transformatoren geen giftige of corrosieve gassen vrijgeven, zelfs niet bij extreme temperaturen tot 750 graden.
Bovendien hebben deze transformatoren een uitstekend laadvermogen en kunnen ze voldoen aan de stroombehoefte onder verschillende complexe bedrijfsomstandigheden.
Bij het bepalen van de capaciteit van distributietransformatoren moet de capaciteit van verschillende elektrische apparatuur uitgebreid in overweging worden genomen en moet de belasting worden berekend (meestal exclusief brandbeveiligingsbelasting). De gecompenseerde schijnbare capaciteit is de primaire basis voor het selecteren van de capaciteit en het aantal van de transformator. Normaal gesproken wordt de belastingsfactor van de transformator op ongeveer 85% gehouden. Deze methode is relatief eenvoudig en geschikt voor capaciteitsschatting.
Volgens de aanbevelingen van GB/T17468-1998 "Selectierichtlijnen voor energietransformatoren" moet de capaciteitsselectie van distributietransformatoren worden gecombineerd met GB/T15164-94 "Belastingsrichtlijnen voor in olie ondergedompelde energietransformatoren" of GB/T17211-1998 "Belastingsrichtlijnen voor droge stroomtransformatoren", en worden bepaald op basis van de berekende belasting. De twee bovengenoemde richtlijnen bieden computerprogramma's en normale cyclusbelastingsdiagrammen om de capaciteit van distributietransformatoren nauwkeuriger te bepalen.
Transformatorolie heeft de voorkeur vanwege zijn uitstekende isolatie en thermische geleidbaarheid, en de prijs is relatief betaalbaar.
Transformatorolie lost effectief de problemen op van warmteafvoer en hoge-spanningsisolatie in transformatoren met grote- capaciteit.
Het heeft echter ook enkele nadelen:
Transformatorolie is ontvlambaar; contact met een vlam kan mogelijk verbranding of zelfs een explosie veroorzaken, wat een zorgvuldige omgang vereist.
Deze olie brengt potentiële gezondheidsrisico's met zich mee, waardoor passende beschermende maatregelen tijdens het gebruik noodzakelijk zijn.
Transformatorolie vereist regelmatige professionele inspectie om de stabiele en veilige werking ervan te garanderen.
In olie-ondergedompelde transformatoren worden gekenmerkt door slechte afdichtingsprestaties en gevoeligheid voor veroudering, wat kan leiden tot ernstige olielekkage op de bedrijfslocatie. Dit heeft niet alleen invloed op de normale werking van de apparatuur, maar kan ook nadelige gevolgen hebben voor de omgeving.
In olie ondergedompelde transformatoren- hebben relatief lage isolatieklassen en zijn doorgaans ontworpen en vervaardigd volgens de isolatienormen van klasse A. Daarom moet tijdens de selectie en het gebruik speciale aandacht worden besteed aan de beoordeling van de levensduur.
De polymerisatiegraad (DP) van isolatiematerialen voor transformatoren is een belangrijke indicator voor het meten van de mate van isolatieveroudering, en de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid ervan worden algemeen erkend. Om het verouderingsniveau van transformatoren te bepalen, gebruiken we doorgaans de gemiddelde polymerisatiegraad (DP) van het isolatiekarton als standaard. Dit zijn onze criteria: Een gemiddelde DP van minder dan 450 duidt op een levensduurgraad; een gemiddelde DP van minder dan 250 duidt op een gevaarlijke klasse.
1) Treksterktenormen voor levensduur en gevarenklassen
In de levensduurklasse behoudt het isolatiepapier 60% van zijn aanvankelijke maximale treksterkte onder externe kortsluiting-omstandigheden. Zodra de gevaarlijke klasse is bereikt, daalt deze reststerkte tot 15%.
2) DP-foutwaarschijnlijkheidsnormen voor Japanse isolatiepapiervezels
Wanneer de DP-waarde groter is dan of gelijk is aan 450, is de faalkans van de isolerende papiervezel 0; wanneer de DP-waarde tussen 450 en 250 ligt, is de faalkans omgekeerd evenredig met de DP-waarde, namelijk (450 - DP) / 200; en wanneer de DP-waarde kleiner is dan 250, is de faalkans 1.
3) Formule voor het schatten van de resterende levensduur van een transformator met behulp van de gemiddelde DP
We kunnen de resterende levensduur van een transformator schatten met behulp van de initiële gemiddelde DP-waarde (n0), de gemiddelde DP na L jaar (nL) en het aantal jaren L. De specifieke formule is: Resterende levensduur (nL/n0)=(1 - r)L, waarbij r de mate van afname van de gemiddelde DP is.
Tijdens de werking van een in olie-ondergedompelde vermogenstransformator wordt de door de wikkelingen en de kern gegenereerde warmte eerst overgebracht naar de transformatorolie en vervolgens via de olie naar het koelmedium. Afhankelijk van de capaciteit van de transformator zijn er verschillende koelmethoden:
1. Natuurlijke oliecirculatiekoeling, dwz olie-ondergedompelde zelfkoeling-.
2. Luchtkoeling met natuurlijke oliecirculatie, dwz luchtkoeling-ondergedompeld in olie.
3. Geforceerde oliecirculatie waterkoeling.
4. Luchtkoeling met geforceerde oliecirculatie.
Dit zijn veelgebruikte koelmethoden voor in olie-ondergedompelde stroomtransformatoren. Het kiezen van de juiste koelmethode op basis van het daadwerkelijke gebruik is cruciaal.
1. Toepasselijk toepassingsgebied: geschikt voor hoogtes van maximaal 1000 meter, binnen- of buitengebruik.
2. Omgevingsomstandigheden: Stabiele werking onder omstandigheden van maximale omgevingstemperatuur +40 graad en maximale dagelijkse gemiddelde temperatuur +30 graad.
3. Temperatuurbereik: Jaarlijkse gemiddelde temperatuur +20 graden, minimumtemperatuur -25 graden.
4. Maatwerk: Transformatoroplossingen voor speciale bedrijfsomstandigheden kunnen worden geleverd op basis van de gebruikersbehoeften.
Vervolgens zullen we ons verdiepen in de foutanalyse van deze koelmethoden in praktische toepassingen.
Transformers kunnen tijdens het gebruik verschillende fouten tegenkomen, waaronder fouten in wikkelingen, bussen, kraanwisselaars en accessoires zoals de kern en de tank. Wikkelingsfouten manifesteren zich voornamelijk als kortsluitingen tussen de windingen, aarding van de wikkelingen, fase-naar- fasekortsluitingen, open circuits en lasfouten. Busfouten worden meestal veroorzaakt door kalkaanslag, die bij hevige mist of lichte regen gemakkelijk een flashover kan veroorzaken, wat kan leiden tot een-fase-aarding of fase-naar-fase-kortsluiting aan de- hoogspanningszijde van de transformator. Bovendien vormen ernstige lekkages ook een aanzienlijk probleem, dat kan worden veroorzaakt door lasscheuren, defecte afdichtingen, trillingen tijdens bedrijf, externe schokken op de tank en corrosieschade. Als er lekkage wordt gedetecteerd, moet de transformator onmiddellijk worden uitgeschakeld voor reparatie en smering. Tegelijkertijd moeten ook storingen in de kraanwisselaar nauwlettend in de gaten worden gehouden.