Трансформаторные классы
Трансформаторы используются для самых разных целей, с полным диапазоном значений напряжения и мощности, а также для многих специальных функций для конкретных применений.
SIEMENS - Вид основного производственного цеха Нюрнбергского трансформаторного завода.
Ниже перечислены основные типы:
1. Трансформаторы для электроники
Трансформаторы для электронных схем или для низковольтных источников питания используются для соответствия напряжению питания рабочему напряжению компонентов или аксессуаров или соответствуют импедансу нагрузки к источнику питания, чтобы максимизировать пропускную способность. Они могут использоваться для соответствия импедансам в первичных и вторичных цепях.
Ядро обычно сконструировано в маломощных трансформаторах из C- и I-ламинатов или из E- и I-ламинатов. Обмотки обычно состоят из круглой эмалированной проволоки, и сборка может быть лакирована или инкапсулирована в смолу для механической консолидации и для предотвращения попадания влаги.
Увеличение количества этого типа работает на высоких частотах в диапазоне килогерца и использует слои из специальной стали, часто содержащие кобальт, для уменьшения потерь железа
2. Малые трансформаторы
Они используются для стационарных, переносных или ручных блоков питания в качестве изолирующих трансформаторов и для специальных применений, таких как зажигание горелки, бритвы, душевые нагреватели, колокола и игрушки. Они могут использоваться для питания трехфазной мощности до 40 кВА на частотах до 1 МГц.
Эти трансформаторы обычно изолированы воздухом, меньшие единицы - с помощью эмалированных обмоток и кольцевых сердечников, а также больших блоков с использованием C- и I- или E- и I-ламинированных сердечников.
Безопасность представляет собой серьезную проблему для этих трансформаторов, и они идентифицируются как класс I, класс II или класс III. Устройства класса I изолированы и защищены заземляющим контактом. Трансформаторы класса II имеют двойную изоляцию или усиленную изоляцию. Трансформаторы класса III имеют выходы при безопасном сверхнизком напряжении (SELV) ниже 50 В переменного тока или 120 В постоянного тока.
3. Распределительные трансформаторы
Они используются для распределения электроэнергии на внутренние или промышленные помещения. Они могут быть однофазными или трехфазными, монтируемыми на полюсе или монтируемыми на земле, и они имеют номинальные значения от 16 кВА до 2500 кВА.
Обмотки и сердечник погружены в минеральное масло с естественным охлаждением и имеют две обмотки на фазу. Первичная (высоковольтная) обмотка имеет самое высокое напряжение от 3, 6 кВ до 36 кВ; вторичное (низковольтное) напряжение обмотки не превышает 1, 1 кВ. Высоковольтная обмотка обычно снабжается отводами на отключение ± 2, 5% или + 2 × 2, 5%, - 3 × 2, 5%.
Предпочтительные значения номинальной мощности составляют 16, 25, 50, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600 и 2500 кВА, а предпочтительные значения импеданса короткого замыкания составляют 4 или 6 процентов.
Убытки назначаются из списков, например, из BS 7281-1, или с использованием формулы потери капитализации.
Ядро и обмотки типового распределительного трансформатора мощностью 800 кВА, 11 000/440 показаны на рисунке 1.
Рисунок 1 - Ядро и обмотка распределительного трансформатора 800 кВА, 11 000/440 В
4. Трансформаторы питания
Они используются для поставки более крупных промышленных помещений или распределительных подстанций. Диапазон значений от 4 МВА до 30 МВА, с обмотками первичной обмотки до 66 кВ и вторичными обмотками до 36 кВ.
Трансформаторы этого класса охлаждаются жидкостью. Большинство подающих трансформаторов используют минеральное масло; но для применений в жилых зданиях, нефтяных буровых установках и некоторых заводах хладагент может быть синтетическим эфиром, силиконовой жидкостью или какой-либо другой жидкостью с более высокой точкой огня, чем минеральное масло.
5. Трансформаторы (или промежуточные)
Они входят в число самых больших и самых высоковольтных трансформаторов. Они используются для передачи мощности между высоковольтными сетями. Рейтинги варьируются от 60 МВА до 1000 МВА, а обмотки рассчитаны на сети, которые они связывают, например, 33, 66, 132, 275 и 400 кВ в Великобритании или напряжения до 500 кВ или 800 кВ в других странах, Импеданс трансмиссионного трансформатора обычно составляет 18 процентов в Великобритании, или 8 процентов в континентальной Европе, но для некоторых системных условий используется импеданс до 30 процентов.
Рисунок 2 - Ядро и обмотки трансформатора 1000 МВА, 400/275 кВ
Трансформаторы трансмиссии заполняются маслом и обычно снабжены масляными насосами и радиаторными вентиляторами для облегчения охлаждения обмоток и сердечников. Обычно они оснащены OLTC, но некоторые сети на 400 кВ и 275 кВ связаны трансформаторами без регулирования обмоток.
На рисунке 2 показаны сердечник и обмотки трехфазного трансмиссионного трансмиссии с номинальной мощностью 1000 МВА и 400 кВ / 275 кВ / 11 кВ.
6. Генераторные (или повышающие) трансформаторы
Мощность обычно генерируется на больших электростанциях, обычно на уровне 18-20 кВ, а трансформаторы генератора используются для повышения этого напряжения до уровня напряжения в системе. Эти трансформеры обычно оцениваются в 400, 500, 630, 800 или 1000 МВА.
Трансформаторы генератора обычно оснащены регулирующими обмотками и OLTC.
7. Трансформаторы с фазовым сдвигом
Когда мощность передается по двум или более параллельным линиям передачи, поток мощности делит между линиями обратно пропорционально импедансам линий. Поэтому более высокая мощность передается по линии с самым низким импедансом, и это может привести к перегрузке на этой линии, когда параллельная линия только частично загружена.
Трансформаторы с фазовым сдвигом используются для соединения двух параллельных линий и для управления потоком мощности путем впрыскивания напряжения 90 ° из фазы (в квадратуре) с напряжением системы в одну линию с либо ведущим, либо запаздывающим коэффициентом мощности. Если трансформатор управляет фазовым углом, но не напряжением, блок известен как квадратурный усилитель. Там, где напряжение также контролируется, устройство известно как фазовращающий трансформатор.
На рисунке 3 показан квадратурный усилитель-усилитель мощностью 2000 МВА, 400 кВ на месте; блок разделен между двумя резервуарами, чтобы соответствовать ограничениям конструкции по размеру и весу.
Рисунок 3 - 2000 Квадратурный усилитель-усилитель MVA 400 кВ в двух резервуарах на месте
8. Преобразователи
Когда питание передается через систему HVDC, преобразовательная станция используется для изменения мощности переменного тока на постоянный ток с использованием нескольких выпрямительных мостов. Мощность постоянного тока преобразуется обратно в переменный ток с использованием инверторных мостов. Преобразователи преобразуют мощность переменного тока и мощность при смешанном напряжении переменного / постоянного тока, комбинируя поток мощности через 12 фаз мостов выпрямителя / инвертора через обмотки клапана постоянного тока.
Конструкция изоляции должна выдерживать все нормальные и ненормальные условия, когда переменное напряжение смешивается с постоянным напряжением разной полярности в диапазоне рабочих температур.
Наличие токов постоянного тока может также вызвать насыщение постоянного тока сердечника, что приводит к аномальным намагничивающим токам и изменениям звука.
Рисунок 4 - Принципиальная схема системы передачи переменного / постоянного тока
Фаза трансформаторного трансформатора трехфазного преобразователя обычно содержит высоковольтную первичную обмотку и две вторичные обмотки переменного / переменного тока. Три таких трансформатора вместе образуют две вторичные трехфазные системы; один связан в дельте, а другой - в звезде. Каждая вторичная система подает шестиимпульсный мост, и два моста соединены последовательно с образованием 12-импульсной компоновки, как показано схематически на рисунке 4
Два таких трансформаторных блока используются со вторичными цепями, соединенными в противоположную полярность, с образованием системы передачи постоянного тока ± 215 кВ.
9. Железнодорожные трансформаторы
Трансформаторы для железнодорожных применений могут быть отцепными устройствами для подачи энергии на трассу или бортовые трансформаторы в локомотиве или под тренерами для питания приводных двигателей.
Трехосные трансформаторы подвергаются неравномерной нагрузке в зависимости от положения поезда в железнодорожной системе. Встроенные трансформаторы рассчитаны на наименьший возможный вес, что приводит к высокой производительности. Современные системы управления поездом, использующие тиристоры, GTO или IGBT, подвергли трансформаторы сильным гармоническим токам, требующим особого рассмотрения.
10. Выпрямительные и печные трансформаторы
Особое внимание необходимо уделить трансформаторам в промышленных применениях с использованием дуговых печей или силовых токов постоянного тока на электрохимической установке.
Первичные обмотки в таких случаях обычно оцениваются в 33 кВ или 132 кВ в Великобритании, но вторичные обмотки несут много тысяч ампер и имеют номинальное значение менее 1 кВ.
Обмен током между параллельными путями в трансформаторе становится важным из-за магнитных полей, создаваемых высокими токами. Эти сильные магнитные поля могут вызвать избыточное нагревание в магнитных сталях, если они используются в конструкции трансформатора из-за потока токов близости в стали. Чтобы уменьшить это избыточное нагревание, немагнитная сталь часто используется для формирования части резервуара или крышки.
OLTC в печных трансформаторах подвергаются большой нагрузке; они могут выполнять сотни тысяч рабочих циклов в год, что более чем на всю жизнь для многих трансмиссий трансмиссии.
11. Сухие трансформаторы
Конструкция сухого типа возможна там, где требуется высокотемпературный класс изоляции, чем предлагается целлюлозой и жидкостью класса «O» или класса «K».
Трансформаторы сухого типа используют нецеллюлозную твердую изоляцию, а обмотки могут быть покрыты лаком для обеспечения способности класса C или вакуумирования в эпоксидной смоле с образованием системы класса F или класса H. Обычно номинальные значения составляют до 30 МВА при напряжении до 36 кВ, но трансформаторы литой смолы недавно были успешно изготовлены на 110 кВ с использованием новой конструкции обмотки. Производительность перегрузки ограничена, но ее можно увеличить с помощью вентиляторов охлаждения.
Этот тип дороже, чем эквивалент, заполненный жидкостью, и из-за снижения риска пожара они используются в специальных применениях, в которых участвует общественность, таких как подземные туннели, жилые многоквартирные дома или нефтяные вышки.
Рисунок 5 - Сухой тип 2500 кВА, трансформатор 11 000/440 В с инкапсулированием литой смолы
Типичный трансформатор с литой смолой мощностью 2500 кВА, 11 000/440 В показан на рисунке 5.
12. Газонаполненные трансформаторы
Для применений, где низкая воспламеняемость имеет первостепенное значение, разработаны конструкции, в которых трансформатор изолирован и охлаждается газом SF6. Это обеспечивает альтернативу конструкции сухого типа, в которой необходимо устранить риск пожара и избежать возможного загрязнения окружающей среды утечкой масла.
Высоковольтные трансформаторы SF6 выпускаются с номинальной мощностью до 300 МВА при напряжении 275 кВ, а испытания прототипов - до 500 кВ. Газонаполненные трансформаторы и реакторы являются более дорогостоящими, чем маслонаполненные агрегаты, но затраты могут быть оправданы, чтобы исключить риск возгорания, особенно на участке, где стоимость земли высока и где общий «след» блока может быть сокращено путем ликвидации противопожарного оборудования.
ИСТОЧНИК: Справочник инженера по электротехнике Newnes - DF Warne