Uvod
11kV uljni distribucijski transformatorisu među najkritičnijom opremom za pretvorbu energije u mrežama za distribuciju električne energije. Široko su raspoređeni u urbanim električnim mrežama, industrijskim parkovima, stambenim zajednicama, rudarskim mjestima i novim energetskim elektranama. Mnogi inženjeri nabave, tehničari održavanja i početnici u elektroenergetskoj industriji trebaju jasno razumijevanje unutarnjih struktura transformatora tijekom odabira opreme, remonta i otklanjanja kvarova. Vanjski spremnik i rashladna rebra samo su vanjsko kućište jedinice. Sve osnovne komponente koje vrše transformaciju napona i nose električna opterećenja zatvorene su unutar spremnika za ulje. Ovaj vodič sustavno rastavlja kompletnu unutarnju konstrukciju 11kV uljnih transformatora, objašnjava funkciju svake komponente, svojstva materijala i logiku rada između dijelova. Pomaže čitateljima da shvate načela rada opreme i pruža pouzdane reference za nabavu proizvoda, rutinsku inspekciju, održavanje i dijagnozu kvarova.
Željezna jezgra
Željezna jezgra služi kao okvir magnetskog kruga i komponenta jezgre za prijenos magnetskog toka. Željezna jezgra od 11kVuljni transformatoropćenito se sastavlja slaganjem hladno valjanih silicijskih čeličnih limova s visokom magnetskom propusnošću. Na površinu silikonskih čeličnih limova nanosi se izolacijski premaz koji učinkovito smanjuje gubitak vrtložne struje i gubitak zbog histereze koji nastaje pod izmjeničnim magnetskim poljima, smanjujući stvaranje topline opreme. Željezna jezgra sastoji se od nogu jezgre i jarma. Namoti su postavljeni na noge jezgre, dok jarmovi zatvaraju magnetski krug. Željezna jezgra je čvrsto stegnuta i fiksirana kako bi se izbjegla pretjerana buka uzrokovana elektromagnetskim vibracijama nakon uključivanja. Željezna jezgra ima uzemljenje u jednoj točki u električnom dizajnu kako bi se spriječio plutajući potencijal koji može izazvati djelomično pražnjenje. Ovaj dizajn je bitan za dugoročno siguran rad transformatora. Ako dođe do uzemljenja u više točaka na željeznoj jezgri, cirkulirajuća struja će se formirati i pregrijati silikonske čelične ploče, ubrzavajući starenje izolacijskog ulja i čak dovodeći do ozbiljnih unutarnjih kvarova.
Namoti (zavojnice)
Namoti su dio električnog kruga transformatora, podijeljen na visokonaponske namotaje i niskonaponske namotaje, koncentrično postavljene na noge željezne jezgre. Za tipični distribucijski transformator od 11 kV, nazivni napon na strani visokog napona je 11 kV, a na strani niskog napona obično izlazi 400 V. Niskonaponski namoti raspoređeni su blizu željezne jezgre, a visokonaponski namoti postavljeni su na vanjski sloj. Budući da niskonaponski namoti nose veliku struju, koriste se bakrena folija ili debeli bakreni vodiči. Visokonaponski namoti rade pod visokim naponom, koristeći tanke bakrene žice izolirane višeslojnom papirnatom izolacijom. Vodiči su omotani izolacijskim papirom visoke čvrstoće kako bi formirali izolaciju od zavoja do zavoja i izolaciju od sloja do sloja. Glavni izolacijski razmaci ispunjeni transformatorskim uljem rezervirani su između visokonaponskih i niskonaponskih namota za električnu izolaciju. Namoti moraju imati dovoljnu mehaničku čvrstoću. Kada dođe do kvara kratkog spoja u elektroenergetskom sustavu, velika elektromagnetska sila kratkog spoja utječe na zavojnice. Robusna struktura namota može se oduprijeti deformaciji i spriječiti oštećenje izolacije. Vodovi za namotavanje izvlače se iz spremnika kroz izolacijske čahure za spajanje s vanjskim energetskim kabelima.
Izolacijski sustav i transformatorsko ulje
Unutarnji izolacijski sustav kombinira čvrste izolacijske materijale i tekuće izolacijsko ulje. Čvrsti izolacijski materijali uključuju izolacijski papir, izolacijske prešane ploče, izolacijske nosače i blokove koji se koriste za odvajanje namota i potpornih zavojnica. Transformatorsko ulje nezamjenjiv je medij unutar spremnika, s dvije primarne funkcije: električna izolacija i odvođenje topline. Transformatorsko ulje ima izvrsnu dielektričnu čvrstoću. Ispunjava praznine između svih unutarnjih dijelova kako bi se uklonili zračni prostori i spriječilo ispuštanje zbog kvara. Tijekom rada, toplina koju stvaraju željezna jezgra i namoti prenosi se na transformatorsko ulje. Kroz prirodnu konvekciju ili prisilnu cirkulaciju, ulje prenosi toplinu na stijenku spremnika i radijatore radi raspršivanja topline. Osim toga, transformatorsko ulje suzbija oksidaciju izolacijskih materijala i usporava starenje izolacije. Kvaliteta ulja izravno određuje vijek trajanja transformatora. Prekomjerna vlaga, nečistoće ili plin unutar ulja drastično će smanjiti izolacijsku učinkovitost. Stoga je redovito uzimanje uzoraka ulja prioritetan zadatak u radovima održavanja.
Interni vodovi i izmjenjivač slavina
Unutarnji vodovi povezuju stezaljke namota s vanjskim čahurama. Izolirani bakreni vodiči koriste se za vodove, a raspored strogo slijedi zahtjeve izolacijske udaljenosti kako bi se spriječilo pražnjenje između vodova ili između vodova i uzemljenja. Izmjenjivač ventila izvan strujnog kruga instaliran je unutar spremnika i spojen na točke odvoda visokonaponskih namota. Napon električne mreže često ima manje fluktuacije. Nakon nestanka struje, radnici na održavanju mogu prilagoditi položaje slavina mjenjača radi promjene broja zavoja visokonaponskih namota, kako bi se stabilizirao izlazni napon na niskonaponskoj strani. Imajte na umu da mjenjač slavine može raditi samo u uvjetima isključenog napajanja. Prilagodba opterećenja je strogo zabranjena.
Komponente unutarnje zaštite
Unutar spremnika raspoređene su različite zaštitne komponente. Buchholzov relej montiran je na cjevovod koji povezuje spremnik i konzervator. Kada se unutar transformatora dogode manji unutarnji kvarovi, plin će se razgraditi. U slučaju ozbiljnih kvarova, skok protoka ulja pokrenut će relej za slanje alarmnih signala ili aktiviranje prekida strujnog kruga. Senzori temperature sa sondama umetnutim u spremnik opremljeni su za praćenje gornje temperature ulja. Unutarnje izolacijske barijere i potporne strukture učvršćuju sve unutarnje komponente kako bi se izbjeglo pomicanje komponenti tijekom transporta ili udar kratkog spoja.
Zaključak
Unutarnja konstrukcija 11kVuljni transformatorradi kao integrirani sustav. Željezna jezgra tvori magnetski krug, namoti ostvaruju pretvorbu između električne i magnetske energije. Izolacijsko ulje i čvrsta izolacija zajedno preuzimaju zadatke izolacije i odvođenja topline. Izmjenjivači slavina, unutarnji vodovi i zaštitni uređaji jamče regulaciju napona i zaštitu od kvarova. Starenje ili oštećenje bilo koje unutarnje komponente izravno će utjecati na ukupni radni status transformatora. Ovladavanje poznavanjem unutarnje konstrukcije pomaže inženjerskom osoblju u dovršetku preuzimanja opreme i redovitom održavanju, brzom lociranju izvora kvarova, produljenju vijeka trajanja transformatora i osiguranju stabilnog napajanja distribucijskih mreža.
