Transformator daya — perangkat dan prinsip operasi

Saat mengangkut listrik jarak jauh, prinsip transformasi digunakan untuk mengurangi kerugian. Untuk tujuan ini, listrik yang dihasilkan oleh generator dialirkan ke gardu transformator. Ini meningkatkan amplitudo tegangan yang memasuki saluran listrik.

Ujung lain dari saluran transmisi terhubung ke input gardu jauh. Di atasnya, tegangan diturunkan untuk mendistribusikan listrik antar konsumen.

Di kedua gardu induk, perangkat catu daya khusus terlibat dalam transformasi listrik berdaya tinggi:

1. transformer;

2. autotransformer.

Mereka memiliki banyak fitur dan karakteristik yang sama, tetapi berbeda dalam prinsip operasi tertentu. Artikel ini hanya menjelaskan desain pertama di mana transfer listrik antar kumparan individu disebabkan oleh induksi elektromagnetik. Dalam hal ini, harmonik arus dan tegangan yang bervariasi dalam amplitudo mempertahankan frekuensi osilasi.

Transformator digunakan untuk mengubah arus bolak-balik tegangan rendah ke tegangan yang lebih tinggi (transformator step-up) atau tegangan yang lebih tinggi ke tegangan yang lebih rendah (transformator step-down). Yang paling tersebar luas adalah transformator daya untuk aplikasi umum saluran transmisi dan jaringan distribusi. Transformator daya dalam banyak kasus dibangun sebagai transformator arus tiga fase.

Karakteristik perangkat

Trafo daya dalam listrik dipasang di lokasi stasioner yang telah disiapkan sebelumnya dengan fondasi yang kuat. Track dan roller dapat dipasang untuk ditempatkan di tanah.

Gambaran umum salah satu dari sekian banyak jenis transformator daya yang bekerja dengan sistem tegangan 110/10 kV dan dengan total daya 10 MVA ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Beberapa elemen individual dari konstruksinya dilengkapi dengan tanda tangan. Secara lebih rinci, susunan bagian-bagian utama dan susunan timbal baliknya ditunjukkan pada gambar.

Peralatan kelistrikan trafo ditempatkan di rumah logam yang dibuat dalam bentuk tangki tertutup dengan penutup. Itu diisi dengan minyak transformator kelas khusus, yang memiliki sifat dielektrik tinggi dan pada saat yang sama digunakan untuk menghilangkan panas dari bagian yang mengalami beban arus tinggi.

Inti 9 dipasang di dalam tangki, di mana ditempatkan belitan dengan belitan tegangan rendah 11 dan tegangan tinggi 10. Dinding depan trafo adalah 8. Terminal belitan tegangan tinggi dihubungkan ke input yang melewati isolator porselen 2.

Belitan untuk belitan tegangan rendah juga dihubungkan ke kabel yang melewati isolator 3.Penutup dipasang ke tepi atas tangki dan paking karet ditempatkan di antara keduanya untuk mencegah kebocoran oli ke sambungan antara tangki dan penutup. Dua baris lubang dibor di dinding tangki, pipa berdinding tipis 7 dilas ke dalamnya, tempat minyak mengalir.

Pada penutupnya terdapat kenop 1. Dengan memutarnya, Anda dapat mengganti lilitan koil tegangan tinggi untuk mengatur voltase di bawah beban. Klem dilas ke penutup, di mana tangki 5, yang disebut expander, dipasang.

Ini memiliki indikator 4 dengan tabung kaca untuk memantau level oli dan steker dengan filter 6 untuk komunikasi dengan udara sekitar Trafo bergerak pada rol 12, sumbu yang melewati balok yang dilas ke bagian bawah tangki .

Ketika arus besar mengalir, belitan transformator mengalami gaya yang cenderung merusaknya. Untuk meningkatkan kekuatan belitan, belitan tersebut dililitkan pada silinder isolasi. Jika strip persegi ditempatkan dalam lingkaran, maka luas lingkaran tidak digunakan sepenuhnya. Oleh karena itu, batang trafo dibuat dengan penampang berundak dengan merakit dari lembaran dengan lebar berbeda.

Diagram hidrolik transformator

Gambar tersebut menunjukkan komposisi dan interaksi yang disederhanakan dari elemen utamanya.

Katup dan sekrup khusus digunakan untuk mengisi / menguras oli, dan katup penutup yang terletak di bagian bawah tangki dirancang untuk mengambil sampel oli dan kemudian melakukan analisis kimianya.

Prinsip pendinginan

Trafo daya memiliki dua sirkuit sirkulasi oli:

1. eksternal;

2.internal.

Sirkuit pertama diwakili oleh radiator yang terdiri dari kolektor atas dan bawah yang dihubungkan oleh sistem pipa logam. Oli yang dipanaskan melewatinya, yang berada di saluran pendingin, mendingin dan kembali ke tangki.

Sirkulasi minyak di dalam tangki dapat dilakukan:

• dengan cara alami;

• dipaksakan karena terciptanya tekanan dalam sistem oleh pompa.

Seringkali, permukaan tangki ditingkatkan dengan membuat gelombang - pelat logam khusus yang meningkatkan perpindahan panas antara minyak dan atmosfer sekitarnya.

Asupan panas dari radiator ke atmosfir dapat dilakukan dengan meniup sistem oleh kipas atau tanpa kipas karena konveksi udara bebas. Aliran udara paksa secara efektif meningkatkan pembuangan panas dari peralatan, tetapi meningkatkan konsumsi energi untuk mengoperasikan sistem. Mereka bisa mengurangi karakteristik beban transformator hingga 25%.

Energi panas yang dilepaskan oleh transformator daya tinggi modern mencapai nilai yang sangat besar. Ukurannya dapat dikaitkan dengan fakta bahwa sekarang, dengan biayanya, mereka mulai melaksanakan proyek untuk memanaskan bangunan industri yang terletak di sebelah transformator yang terus beroperasi. Mereka mempertahankan kondisi pengoperasian peralatan yang optimal, bahkan di musim dingin.

Kontrol level oli di transformator

Pengoperasian trafo yang andal sangat bergantung pada kualitas oli yang diisi dengan tangkinya. Dalam operasinya, dua jenis minyak isolasi dibedakan: minyak kering murni, yang dituangkan ke dalam tangki, dan minyak kerja, yang ada di dalam tangki selama operasi transformator.

Spesifikasi minyak trafo menentukan viskositas, keasaman, stabilitas, abu, kandungan pengotor mekanis, titik nyala, titik tuang, transparansi.

Setiap kondisi operasi transformator yang tidak normal segera mempengaruhi kualitas oli, oleh karena itu pengendaliannya sangat penting dalam pengoperasian transformator. Berkomunikasi dengan udara, minyak dibasahi dan dioksidasi. Kelembaban dapat dihilangkan dari minyak dengan membersihkannya dengan centrifuge atau filter press.

Keasaman dan pelanggaran sifat teknis lainnya hanya dapat dihilangkan dengan meregenerasi oli di perangkat khusus.

Kegagalan trafo internal seperti kerusakan belitan, kegagalan insulasi, pemanasan lokal atau "kebakaran di besi" dll. menyebabkan perubahan kualitas oli.

Minyak terus beredar di dalam tangki. Temperaturnya tergantung pada seluruh kompleks faktor yang mempengaruhi. Oleh karena itu, volumenya berubah setiap saat, tetapi dipertahankan dalam batas tertentu. Tangki ekspansi digunakan untuk mengkompensasi penyimpangan volume oli. Lebih mudah untuk memantau level saat ini di dalamnya.

Indikator oli digunakan untuk ini. Perangkat paling sederhana dibuat sesuai dengan skema kapal komunikasi dengan dinding transparan, yang dinilai sebelumnya dalam satuan volume.

Menghubungkan pengukur tekanan secara paralel dengan tangki ekspansi sudah cukup untuk memantau operasi. Dalam praktiknya, ada indikator oli lain yang berbeda dari prinsip kerja ini.

Perlindungan terhadap penetrasi kelembaban

Karena bagian atas tangki ekspansi bersentuhan dengan atmosfer, pengering udara dipasang di dalamnya, yang mencegah kelembapan menembus oli dan mengurangi sifat dielektriknya.

Perlindungan kerusakan internal

Ini adalah elemen penting dari sistem oli relai gas… Itu dipasang di dalam pipa yang menghubungkan tangki transformator utama ke tangki ekspansi. Oleh karena itu, semua gas yang dilepaskan saat dipanaskan oleh oli dan insulasi organik melewati wadah dengan elemen sensitif relai gas.

Sensor ini disetel dari pengoperasian untuk pembentukan gas yang sangat kecil dan diperbolehkan, tetapi dipicu saat meningkat dalam dua tahap:

1. untuk mengeluarkan sinyal peringatan cahaya / suara kepada petugas layanan untuk terjadinya malfungsi ketika nilai yang ditetapkan dari nilai pertama tercapai;

2. matikan pemutus daya di semua sisi trafo untuk melepaskan tegangan jika terjadi penyerangan dgn gas beracun, yang menandakan dimulainya proses dekomposisi minyak dan isolasi organik yang kuat, yang dimulai dengan korsleting di dalam tangki.

Fungsi tambahan relai gas adalah memantau level oli di tangki transformator. Saat turun ke nilai kritis, perlindungan gas dapat bekerja tergantung pada pengaturan:

• sinyal saja;

• untuk mematikan dengan sinyal.

Perlindungan terhadap penumpukan tekanan darurat di dalam tangki

Pipa pembuangan dipasang pada penutup trafo sedemikian rupa sehingga ujung bawahnya berkomunikasi dengan kapasitas tangki, dan oli mengalir ke dalam hingga level di expander. Bagian atas tabung naik di atas expander dan ditarik ke samping, sedikit ditekuk ke bawah.Ujungnya ditutup rapat oleh membran pengaman kaca, yang pecah jika terjadi peningkatan tekanan darurat karena terjadinya pemanasan yang tidak ditentukan.

Desain lain dari perlindungan semacam itu didasarkan pada pemasangan elemen katup yang terbuka saat tekanan meningkat dan menutup saat dilepaskan.

Jenis lain adalah perlindungan siphon. Ini didasarkan pada kompresi sayap yang cepat dengan kenaikan tajam pada gas. Akibatnya, kunci yang menahan panah, yang pada posisi normalnya berada di bawah pengaruh pegas terkompresi, akan roboh. Panah yang dilepaskan memecahkan membran kaca dan dengan demikian mengurangi tekanan.

Diagram koneksi transformator daya

Di dalam rumah tangki terletak:

• kerangka dengan balok atas dan bawah;

• sirkuit magnetik;

• kumparan tegangan tinggi dan rendah;

• penyesuaian cabang yang berliku;

• keran tegangan rendah dan tinggi

• bagian bawah busing tegangan tinggi dan rendah.

Rangka, bersama dengan balok, berfungsi untuk mengencangkan semua komponen secara mekanis.

Desain interior

Sirkuit magnetik berfungsi untuk mengurangi kerugian fluks magnet yang melewati kumparan. Itu terbuat dari nilai baja listrik menggunakan metode laminasi.

Arus beban mengalir melalui belitan fase transformator. Logam dipilih sebagai bahan untuk produksinya: tembaga atau aluminium dengan penampang bulat atau persegi panjang. Kertas kabel atau benang katun merek khusus digunakan untuk mengisolasi belokan.

Pada belitan konsentris yang digunakan pada transformator daya, belitan tegangan rendah (LV) biasanya ditempatkan pada inti, yang dikelilingi oleh belitan tegangan tinggi (HV) di bagian luar.Susunan belitan ini, pertama, memungkinkan untuk memindahkan belitan tegangan tinggi dari inti, dan kedua, memfasilitasi akses ke belitan tegangan tinggi selama perbaikan.

Untuk pendinginan kumparan yang lebih baik, saluran yang dibentuk oleh spacer isolasi dan gasket di antara kumparan dibiarkan di antara keduanya. Minyak bersirkulasi melalui saluran-saluran ini, yang ketika dipanaskan, naik dan kemudian turun melalui pipa-pipa tangki, di mana mereka didinginkan.

Kumparan konsentris dililit dalam bentuk silinder yang terletak satu di dalam yang lain. Untuk sisi tegangan tinggi, belitan kontinu atau multi-lapisan dibuat, dan untuk sisi tegangan rendah, belitan spiral dan silinder.

Belitan LV ditempatkan lebih dekat ke batang: ini memudahkan pembuatan lapisan untuk insulasi. Kemudian silinder khusus dipasang di atasnya, memberikan isolasi antara sisi tegangan tinggi dan rendah, dan belitan HV dipasang di atasnya.

Metode pemasangan yang dijelaskan ditunjukkan di sisi kiri gambar di bawah ini, dengan susunan belitan batang transformator yang konsentris.

Sisi kanan gambar menunjukkan bagaimana belitan alternatif ditempatkan, dipisahkan oleh lapisan isolasi.

Untuk meningkatkan kekuatan listrik dan mekanik dari isolasi belitan, permukaannya diresapi dengan pernis glyphthalic jenis khusus.

Untuk menghubungkan belitan di satu sisi tegangan, sirkuit berikut digunakan:

• bintang;

• segi tiga;

• zig-zag.

Dalam hal ini, ujung setiap gulungan ditandai dengan huruf alfabet Latin, seperti yang ditunjukkan pada tabel.

Jenis transformator Sisi belitan Tegangan rendah Tegangan sedang Tegangan tinggi Mulai akhir netral Mulai akhir netral Mulai akhir netral Fase tunggal a x — Di Ht — A x — Dua belitan tiga fase a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y dengan G ° C Z Tiga belitan tiga fase a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z

Terminal belitan dihubungkan ke konduktor turun yang sesuai yang dipasang pada baut isolator busing yang terletak di penutup tangki transformator.

Untuk mewujudkan kemungkinan menyesuaikan nilai tegangan keluaran, cabang dibuat pada belitan. Salah satu varian cabang kontrol ditunjukkan pada diagram.

Sistem pengaturan tegangan dirancang dengan kemampuan untuk mengubah nilai nominal ± 5%. Untuk melakukan ini, selesaikan lima langkah masing-masing 2,5%.

Untuk transformator daya daya tinggi, regulasi biasanya dibuat pada belitan tegangan tinggi. Ini menyederhanakan desain sakelar keran dan memungkinkan untuk meningkatkan keakuratan karakteristik output dengan menyediakan lebih banyak belokan di sisi tersebut.

Dalam kumparan silinder berlapis-lapis, cabang pengatur dibuat di bagian luar lapisan di ujung kumparan dan ditempatkan secara simetris pada ketinggian yang sama relatif terhadap kuk.

Untuk masing-masing proyek transformer, cabang dibuat di bagian tengah. Saat menggunakan rangkaian terbalik, setengah belitan dilakukan dengan koil kanan dan yang lainnya dengan koil kiri.

Sakelar tiga fase digunakan untuk mengganti keran.

Ini memiliki sistem kontak tetap, yang terhubung ke cabang-cabang kumparan, dan bergerak, yang mengganti sirkuit, menciptakan sirkuit listrik yang berbeda dengan kontak tetap.

Jika cabang dibuat di dekat titik nol, maka satu sakelar mengontrol pengoperasian ketiga fase sekaligus. Hal ini dapat dilakukan karena tegangan antara masing-masing bagian sakelar tidak melebihi 10% dari nilai linier.

Ketika ketukan dibuat di bagian tengah belitan, maka sakelar individualnya sendiri digunakan untuk setiap fase.

Metode menyesuaikan tegangan output

Ada dua jenis sakelar yang memungkinkan Anda mengubah jumlah putaran pada setiap koil:

1. dengan pengurangan beban;

2. di bawah beban.

Metode pertama membutuhkan waktu lebih lama untuk diselesaikan dan tidak populer.

Pengalihan beban memungkinkan pengelolaan jaringan listrik yang lebih mudah dengan menyediakan daya tanpa gangguan ke konsumen yang terhubung. Tetapi untuk melakukannya, Anda harus memiliki desain sakelar yang rumit, yang dilengkapi dengan fungsi tambahan:

• melakukan transisi antar cabang tanpa gangguan arus beban dengan menghubungkan dua kontak yang berdekatan selama peralihan;

• membatasi arus hubung singkat di dalam belitan antara keran yang terhubung selama pengaktifan simultan.

Solusi teknis untuk masalah ini adalah pembuatan perangkat switching yang dioperasikan dengan remote control, menggunakan reaktor dan resistor pembatas arus.

Pada foto yang ditampilkan di awal artikel, trafo daya menggunakan penyesuaian otomatis tegangan keluaran di bawah beban dengan membuat desain AVR yang menggabungkan rangkaian relai untuk mengontrol motor listrik dengan aktuator dan kontaktor.

Prinsip dan mode operasi

Pengoperasian transformator daya didasarkan pada hukum yang sama seperti pada transformator konvensional:

• Arus listrik yang melewati koil input dengan harmonik osilasi yang bervariasi waktu menginduksi medan magnet yang berubah di dalam sirkuit magnetik.

• Fluks magnet yang berubah menembus belitan kumparan kedua menginduksi EMF di dalamnya.

Mode operasi

Selama operasi dan pengujian, transformator daya mungkin dalam mode operasi atau darurat.

Mode operasi dibuat dengan menghubungkan sumber tegangan ke belitan primer dan beban ke sekunder. Dalam hal ini, nilai arus dalam belitan tidak boleh melebihi nilai yang diizinkan yang dihitung. Dalam mode ini, transformator daya harus memasok semua konsumen yang terhubung dengannya untuk waktu yang lama dan andal.

Varian dari mode pengoperasian adalah pengujian tanpa beban dan hubung singkat untuk memeriksa karakteristik kelistrikan.

No-load dibuat dengan membuka rangkaian sekunder untuk mematikan aliran arus di dalamnya. Digunakan untuk menentukan:

• Efisiensi;

• faktor transformasi;

• kerugian pada baja karena magnetisasi inti.

Upaya hubung singkat dibuat dengan menghubungkan terminal belitan sekunder, tetapi dengan tegangan yang diremehkan pada input transformator ke nilai yang mampu menciptakan arus pengenal sekunder tanpa melebihi itu.Metode ini digunakan untuk menentukan rugi-rugi tembaga.

Untuk mode darurat, trafo mencakup setiap pelanggaran operasinya, yang menyebabkan penyimpangan parameter operasi di luar batas nilai yang diizinkan. Korsleting di dalam belitan dianggap sangat berbahaya.

Mode darurat menyebabkan kebakaran peralatan listrik dan perkembangan konsekuensi yang tidak dapat diubah. Mereka mampu menyebabkan kerusakan besar pada sistem tenaga.

Oleh karena itu, untuk mencegah situasi seperti itu, semua transformator daya dilengkapi dengan perangkat otomatis, pelindung, dan pensinyalan, yang dirancang untuk mempertahankan operasi normal dari loop primer dan dengan cepat melepaskannya dari semua sisi jika terjadi kegagalan fungsi.