Namoti transformatora i izolacija transformatora

Namoti transformatora su komponente kruga transformatora i ključni su dijelovi za pretvorbu elektromagnetske energije. Izrađeni su od izoliranih žica (obično bakrenih ili aluminijskih) namotanih prema određenom uzorku i prenose energiju principom elektromagnetske indukcije.

1. Glavne funkcije

• Stvaranje magnetskog polja: Kada se primarni namot napaja izmjeničnom strujom, uspostavlja se izmjenično magnetsko polje.
• Induciranje elektromotorne sile: ovo izmjenično magnetsko polje prolazi kroz sekundarni namot, inducirajući elektromotornu silu (napon) u sekundarnom namotu.
• Promjena napona: podešavanjem omjera zavoja primarnog i sekundarnog namota, napon se može povećati ili smanjiti.

2. Vrste namota (klasificirani prema razini napona i relativnom položaju)

• Visok{0}}naponski namot: namot koji podnosi viši napon. Obično ima manji presjek žice (budući da je struja relativno mala), ali zahtijeva visoku izolaciju.
• Nisko{0}}naponski namot: namot koji podnosi niži napon. Obično ima veći poprečni-presjek žice (budući da je struja relativno velika) i ima relativno niže zahtjeve za izolacijom.

Strukturno, na temelju rasporeda na jezgri, uglavnom se dijele na dvije vrste:

(1) Koncentrični namot:

• Struktura: visoko{0}}naponski i nisko{1}}naponski namoti namotani su u cilindrične oblike različitih promjera i koncentrično postavljeni na krak jezgre.
• Uobičajeni raspored: kako bi se olakšala izolacija, namot niskog-napona obično se postavlja iznutra (bliže jezgri), a namot visokog{1}}napona izvana. To je zato što je izolacijom između nisko-naponskog namota i jezgre (uzemljene) lakše rukovati.
• Primjena: Većina energetskih transformatora (osobito onih s većim kapacitetima) koristi ovu strukturu. Proces proizvodnje je relativno jednostavan, a struktura je robusna.

(2) Isprepleteni namot:

• Struktura: Namoti visokog-napona i niskonaponskog-napona napravljeni su u obliku diska i naizmjenično naslagani duž visine kraka jezgre.
• Prednosti: Smanjeni tok curenja između namota, visoka mehanička čvrstoća i jaka otpornost kratkog-spoja.
• Primjena: Uglavnom se koristi za posebne transformatore, kao što su transformatori za električne peći i transformatori za zavarivanje, koji moraju izdržati velike elektromagnetske sile.

3. Glavni zahtjevi za namote
Električna izvedba: mora izdržati dugotrajni-radni napon i prijelazni prenapon (kao što su udari groma).
Mehanička izvedba: Struktura mora biti dovoljno jaka da izdrži goleme elektromagnetske sile nastale tijekom kratkih spojeva bez deformacije.
Toplinska izvedba: trebala bi imati dobru disipaciju topline kako bi se osiguralo da porast temperature pod dugotrajnim-opterećenjem ne premaši ograničenje.
Izvedba procesa: Proces namotavanja treba biti jednostavan, ekonomičan i pouzdan.

Sustav materijala je taj koji izolira različite dijelove namota jedan od drugog i odvaja namot od uzemljenih dijelova (kao što su jezgra i spremnik za ulje). To nije-dio strujnog kruga transformatora, ali određuje sigurnost i životni vijek transformatora.
1. Glavne funkcije

• Izolacija potencijala: Pouzdano odvaja vodljive dijelove s različitim potencijalima (kao što su namoti visokog i niskog napona i namoti od jezgre) kako bi se spriječili kratki spojevi.
• Kanal za odvođenje topline: Izolacijski materijali (kao što je transformatorsko ulje) često služe kao rashladni mediji, prenoseći toplinu koju stvaraju namoti i jezgra.
• Mehanička potpora: Izolacijski materijali (kao što je izolacijska ploča) također pomažu u fiksiranju i podupiranju namota.

2. Klasifikacija izolacije (prema mjestu i funkciji)
Izolacijski sustav transformatora obično se dijeli u dvije glavne kategorije:

• Unutarnja izolacija: nalazi se unutar spremnika ulja transformatora, nije u izravnom kontaktu s vanjskim zrakom.
• Glavna izolacija: Odnosi se na izolaciju između namota i uzemljenih dijelova (kao što su jezgra i spremnik za ulje), te između namota različitih razina napona (kao što je između visoko-naponskih i nisko-naponskih namota). Ovo je jezgra izolacijskog sustava transformatora i određuje razinu napona transformatora.
• Uzdužna izolacija: Odnosi se na izolaciju unutar istog namota, kao što je izolacija između zavoja (izolacija od-za-zavoja), između slojeva namota (izolacija od-do-sloja) i između dijelova namota (izolacija od-do-sekcije).
• Vanjska izolacija: Odnosi se na izolacijske dijelove koji su izloženi zraku izvan transformatora, uglavnom izolacija na vrhu izolacija (izvan spremnika za ulje). Njegova izolacijska čvrstoća uglavnom ovisi o zračnim uvjetima i puznoj stazi.

3. Glavni izolacijski materijali
Izolacija transformatora (osobito uljnih{0}}transformatora) je kompozitni sustav. Uobičajeni materijali uključuju:
(1) Tekući izolacijski materijali:

• Mineralno transformatorsko ulje: Najčešće korišteno. Funkcije uključuju: izolaciju (mnogo veća dielektrična čvrstoća od zraka), odvođenje topline (odvodi toplinu kroz konvekciju), zaštitu (izolira kisik, odgađa starenje materijala).
• Sintetičko ili prirodno estersko izolacijsko ulje: poput silikonskog ulja ili biljnog izolacijskog ulja, obično se koristi na mjestima s visokim zahtjevima otpornosti na požar.

(2) Čvrsti izolacijski materijali:

• Izolacijski papir, izolacijska ploča: koristi se za izolaciju zavoja, izolaciju slojeva, separatore između namota i izolacijske cilindre. Kompozitni izolacijski sustav od-papira najklasičniji je i najpouzdaniji tip izolacije transformatora.
• Epoksidna smola: naširoko se koristi u suhim-transformatorima, tvoreći čvrstu ukupnu izolaciju putem lijevanja.
• NOMEX® Papir: visokoučinkovit-aromatični poliamidni papir s visokom toplinskom otpornošću, obično se koristi u suhim-tipovima ili posebnim transformatorima.

Namoti transformatora su 'kanali strujnog kruga' za postizanje pretvorbe elektromagnetske energije, dok je izolacija transformatora 'zaštitni sustav' koji sigurno odvaja komponente s različitim potencijalima; izolacija djeluje kao 'oklop' za namote, osiguravajući sigurnost za njihov normalan rad i sprječavajući nezgode kratkog-spoja. Dva se nadopunjuju i zajedno određuju performanse transformatora, razinu napona i radnu pouzdanost.