Hoogwaardige stroomtransformator van de Chinese fabrikant met IEC-normen

Wat is een transformator?

Transformator is een elektrisch apparaat dat het principe van elektromagnetische inductie gebruikt om de spanning van wisselstroom te veranderen, meestal inclusiefstep-up en step-down transformatoren. Tijdens het proces van in- en uitschakelspanning houden de transformatoren hun frequentie ongewijzigd, door de windingsverhouding tussen de primaire en secundaire wikkelingen te variëren. Het belangrijkste bedieningsmechanisme is dat wanneer wisselstroom door de primaire wikkeling stroomt, het een variërend magnetisch veld in de kern creëert, dat op zijn beurt een elektromotorische kracht in de secundaire wikkeling induceert, waardoor de conversie tussen spanning en stroom mogelijk wordt: het verhogen van de spanning vermindert de stroom, het verlagen van de spanning verhoogt de stroom, en idealiter blijft het totale vermogen constant. Deze eigenschap maakt het mogelijk om transmissieverliezen bij stroomvoorziening over lange afstanden aanzienlijk te verminderen, terwijl ook veilig aangepaste spanningen voor verschillende apparaten op het gebruikspunt worden geboden. Typische toepassingen variëren van gigantische transformatoren in onderstations, distributietransformatoren op elektriciteitspalen tot miniatuurtransformatoren in opladers voor mobiele telefoons. Het is echter noodzakelijk om vooral dat op te merkeneen transformator werkt alleen met wisselstroom en kan geen gelijkstroom omzetten.

Wat is het werkingsprincipe van een transformator?

Het werkingsprincipe van een transformator is gebaseerd op dewet van elektromagnetische inductie. Wanneer een wisselstroom door de primaire wikkeling vloeit, ontstaat er een wisselende magnetische flux in de kern. Deze wisselende flux verbindt tegelijkertijd zowel de primaire als de secundaire wikkelingen, waardoor in elke wikkeling een elektromotorische kracht (EMF) wordt geïnduceerd. Door deze elektromagnetische inductie draagt ​​de transformator elektrische energie over en transformeert de spanning, met alleen een magnetische koppeling tussen de twee wikkelingen en geen directe elektrische verbinding.

De spanningstransformatierelatie is:

U₁/U₂ = N₁/N₂ = k

waarbij U₁, U₂ de primaire en secundaire spanningen zijn, N₁, N₂ het aantal windingen in de wikkelingen zijn, en k de windingsverhouding is. Wanneer de secundaire meer windingen heeft dan de primaire, de transformatorstapt opspanning; als het minder beurten heeft, is hetstapt naar benedenspanning.

Constructie en belangrijkste componenten

Een transformator bestaat voornamelijk uit het actieve deel zoalskern, wikkelingen, isolatie en leidingen, tank, koelsysteem, beveiligingsinrichtingen en bussen. De kern en wikkelingen, ook wel spoelen genoemd, zijn de meest essentiële onderdelen.

1. Kern (magnetisch circuit)

De kern verzorgt het magnetische pad en is samengesteld uit kernbenen (verticale delen waarop de wikkelingen zijn gemonteerd) en jukken (horizontale delen die het magnetische pad afsluiten). Om wervelstroomverliezen en hysteresisverliezen te verminderen, wordt de kern doorgaans gestapeld opgebouwdlamineringen van siliciumstaal, elk bedekt met isolerende vernis of een oxidelaag om ze van elkaar te isoleren. Kernconfiguraties zijn voornamelijkkerntype(wikkelingen omringen de kernbenen, gebruikelijk bij stroomtransformatoren) enshell-type(de kern omringt de wikkelingen, wat resulteert in een lage lekstroom en een hoge mechanische sterkte, vaak gebruikt in precisie-instrumenten en kleine apparaten).

2. Wikkelingen (elektrisch circuit)

Wikkelingen zijn het elektrische circuit van de transformator, verdeeld inprimaire wikkeling en secundaire wikkeling. Ze zijn gemaakt van koper- of aluminiumdraad met hoge sterkte isolatie. De wikkelingen zijn meestal concentrisch gerangschikt (laagspanningswikkeling naast het kernbeen geplaatst, hoogspanningswikkeling rond de buitenkant gewikkeld). Wat isolatie betreft, gebruiken moderne olie-ondergedompelde transformatoren meestal eencomposiet isolatiesysteem met olie-papierbarrièrebestaande uit karton, kabelpapier en transformatorolie. De dikte van de plaat is doorgaans 2-5 mm, waardoor een betrouwbare isolatie bij hoge spanningsniveaus mogelijk is.

Het bovenstaande beschrijft het elektromagnetische kernsysteem, en de volgende hulpsystemen zijn ook erg belangrijk voor in olie ondergedompelde transformatoren:

Tank:Een externe container die wordt gebruikt voor het bewaren van ijzeren kernen, wikkelingen en het vullen van transformatorolie. Transformatoren met grote capaciteit zijn meestal uitgerust met externe radiatoren of koelleidingen om de warmteafvoer te verbeteren.

Transformatorolie:Het dient zowel als isolatiemedium (met betere isolatieprestaties dan lucht) als als koelmedium (de warmte die wordt gegenereerd door de transformatorkern en wikkeling wordt door de convectie van olie overgedragen naar de olietankwand). Volgens verschillende vloeipunten wordt transformatorolie verdeeld in verschillende kwaliteiten, zoals10, 25 en 45om zich aan te passen aan verschillende klimatologische omstandigheden.

Conservator (olie-piektank):Een horizontale brandstoftank geïnstalleerd boven de hoofdbrandstoftank, verbonden door leidingen. Het scheidt olie van lucht via een diafragma. Gebaseerd op de kenmerken van olie die uitzet en samentrekt bij temperatuurveranderingen, slaat het olie op bij hogere temperaturen en levert het olie bij lagere temperaturen, waardoor het contact tussen olie en lucht wordt verminderd en vochtopname en veroudering worden voorkomen.

bussen:Leid hoog- en laagspanningsdraden uit de geïsoleerde aansluitingen van de transformatorbehuizing; Ze bieden elektrische isolatie en mechanische ondersteuning.

Beschermende apparaten:Inclusief kraanwisselaars voor of zonder belasting, Bucher-relais (gasrelais), explosieveilige uitlaatpoorten (veiligheidsuitlaatpoorten), ademhalingstoestellen voor uitdroging (siliconenademhalingstoestellen), temperatuursensorelementen en aanverwante instrumenten. Deze apparaten kunnen doorgaans realtime monitoring en uitgebreide bescherming bieden.

Soorten transformatoren

Transformatoren kunnen in verschillende aspecten worden ingedeeld:

1. Volgens toepassing

Stroomtransformatoren:Vermogenstransformatoren worden voornamelijk gebruikt voor spanningsomzetting en krachttransmissie/distributie in energiesystemen, en vertegenwoordigen meer dan 80% van alle transformatoren.

Distributietransformatoren:Met distributietransformatoren worden doorgaans transformatoren onder de 35 kV (voornamelijk 10 kV/0,4 kV) bedoeld die rechtstreeks stroom leveren aan eindgebruikers.

Speciale Transformers:Inclusief testtransformatoren voor spanningsbestendigheidstests, instrumenttransformatoren (inclusief spanningstransformatoren, stroomtransformatoren voor meting en bescherming), gelijkrichttransformatoren voor AC naar DC, gebruikt voor elektrolyse, galvaniseren, DC-aandrijving, oventransformatoren, mijnbouwtransformatoren, enz.

2. Volgens koel- en isolatiemedium

In olie ondergedompelde transformatoren:De in olie ondergedompelde ijzeren kern en wikkeling van de transformator zijn volledig ondergedompeld in minerale isolatieolie, die uitstekende warmteafvoer- en isolatieprestaties, hoog rendement en relatief lage kosten heeft. In olie ondergedompelde transformatoren worden veel gebruikt in onderstations en industriële parken, maar vereisen brand- en explosiepreventiemaatregelen.

Droge transformatoren:De ijzeren kern en wikkeling van de droge transformatoren zijn niet ondergedompeld in olie; Ze gebruiken lucht- of vaste isolatiematerialen zoals epoxyharsgieten. Droge transformatoren zijn brandwerend en lekvrij, geschikt voor binnenruimtes met strikte brandpreventievoorschriften, zoals hoogbouw, datacentra, winkelcentra en ziekenhuizen.

Gasgeïsoleerde transformatoren:Gasgeïsoleerde transformatoren zijn relatief zeldzaam op de markt en gebruiken over het algemeen synthetische gassen zoals SF₆ als koel- en isolatiemedia, geschikt voor speciale bedrijfsomstandigheden.

3. Volgens aantal wikkelingen

Tweewindende transformator:Transformatoren met twee wikkelingen zijn vrij gebruikelijk in energiesystemen, die één wikkeling met hoge (midden) spanning en één wikkeling met lage spanning hebben (één primaire wikkeling en één secundaire wikkeling).

Drie-kronkelende transformator:Een transformator met drie wikkelingen heeft drie wikkelingen per fase, verbonden met verschillende spanningsniveaus (bijvoorbeeld hoogspanningszijde, middenspanningszijde, laagspanningszijde). Deze transformator wordt vaak gebruikt in onderstations die meerdere spanningsniveaus vereisen.

4. Volgens kern-/wikkelconfiguratie

Kerntype transformator:De wikkeling van de Core-type transformator omringt de poten van de ijzeren kern (de ijzeren kern is omgeven door de wikkeling). Dit product heeft een eenvoudige structuur, lage kosten en wordt veel gebruikt in energiesystemen.

Shell-type transformator:De kern van een schaaltransformator omringt de wikkeling (wikkeling omringt de kern). Het heeft deze kenmerken, zoals een lage lekstroom, hoge mechanische sterkte en een compact formaat, en wordt vaak gebruikt in precisie-instrumenten en kleine apparatuur.

5. Volgens aantal fasen

Eenfasige transformatoren die worden gebruikt voor eenfasige belastingen of voor het vormen van driefasige groepen en driefasige transformatoren.

6. Volgens de spanningsregelmethode

Off-circuit (off-load) Tap Changer (vereist spanningsvrij maken) en On-load Tap Changer (automatische spanningsregeling onder belasting).

7. Afhankelijk van het type elektrische aansluiting

Isolerende (isolatie)transformator:De primaire wikkeling en de secundaire wikkeling van de scheidingstransformator zijn alleen door magnetische koppeling elektrisch van elkaar geïsoleerd. Dit type transformator heeft een extreem hoge veiligheid en wordt vaak gebruikt in medische apparatuur en precisie-instrumenten om elektrische schokken en elektromagnetische interferentie te voorkomen.

Autotransformator:Primaire en secundaire delen een deel van de wikkeling, met zowel magnetische koppeling als directe elektrische verbinding. Compact, klein formaat, lage verliezen, maar geen isolatie tussen primair en secundair. Wordt gebruikt voor het starten van motoren en spanningsregeling (bijv. laboratoriumvariac).

Hoe worden vermogenstransformatoren geclassificeerd?

Nominaal vermogen (Sn, in kVA of MVA):Het schijnbare vermogen dat een transformator continu kan leveren bij nominale spanning en stroom. Het is de belangrijkste parameter bij het selecteren van een transformator. Chinese capaciteitsklassen volgen de R10-serie en stijgen met een factor 1,26 (100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 kVA, enz.). Een redelijke capaciteitsselectie berekent eerst de maximale samengestelde belasting en kiest vervolgens de eerstvolgende hogere capaciteit, zodat de bezettingsgraad ongeveer 60-70% bedraagt, waardoor zowel een veilige werking op de lange termijn als een zuinigheid wordt gegarandeerd.

Nominale spanning (kV):De primaire spanning komt overeen met de netspanning; de secundaire spanning is doorgaans 5% of 10% hoger dan de busspanning aan de lage kant (afhankelijk van de impedantiespanning en capaciteit) om de lijnspanningsval te compenseren en de spanningskwaliteit voor de eindgebruiker te garanderen.

Kortsluitimpedantie (impedantiespanning, VK%):Het percentage primaire spanning dat nodig is om de nominale stroom door de secundaire te laten circuleren wanneer de secundaire wordt kortgesloten. Het is een kritisch kenmerk dat de kortsluitstroomniveaus en spanningsregeling beïnvloedt.

Nullastverlies (Po, kW):Het actieve vermogen dat wordt verbruikt vanaf de secundaire zijde van een transformator in open circuit bij nominale frequentie en nominale spanning bestaat voornamelijk uit kernverliezen (magnetische verliezen), die afhankelijk zijn van de productiekwaliteit en de kenmerken van het siliciumstaalmateriaal. Als hoogwaardig siliciumstaal en driedimensionaal gewikkelde kernen worden gebruikt, kunnen de verliezen bij nullast aanzienlijk worden verminderd.

Belastingsverlies (Pk, kW):Het actieve vermogen dat wordt verbruikt wanneer de secundaire wordt kortgesloten en de nominale stroom in de primaire stroomt. Het bestaat voornamelijk uit koperverlies in de wikkelingen en is evenredig met het kwadraat van de belastingsfactor.

Efficiëntie (η):Uitgangsactief vermogen gedeeld door ingangsactief vermogen. Grote vermogenstransformatoren hebben een zeer hoog rendement; Een step-uptransformator van een 380 MVA/500 kV-generator kan bijvoorbeeld η ≥ 99,75% bereiken.

Vectorgroep (bijv. Dyn11, Yyn0):Geeft de verbindingsmethode (Y - ster, D - delta, Z - zigzag) van de hoog- en laagspanningswikkelingen en hun faseverschuiving aan. Het beïnvloedt de systeemneutrale aardingsmethode en het nulsequentiestroompad.

Koelmethode:Bijvoorbeeld ONAN (Oil Natural Air Natural), ONAF (Oil Natural Air Forced), OFWF (Oil Forced Water Forced). De vierletterige codes specificeren het koelmedium en de circulatiemethode (ON: natuurlijke oliecirculatie; OF: geforceerde oliecirculatie; OD: oliegerichte geforceerde circulatie; AN: lucht natuurlijk; AF: luchtgeforceerd; WF: watergeforceerd).

Hoe kies je de geschikte transformatoren?

Bij het selecteren van een geschikte transformator moeten, behalve het bepalen van de nominale capaciteit en spanningsniveaus, ook de volgende factoren in overweging worden genomen:

Belastingskenmerken:Voor typische industriële en residentiële belastingen gebruiken we over het algemeen standaard dubbelwikkelige vermogenstransformatoren. Als meerdere spanningsniveaus vereist zijn, moet een transformator met drie wikkelingen worden geselecteerd en moet de nominale capaciteit van elke wikkeling redelijk worden toegewezen. Voor plaatsen met strenge brandveiligheidseisen, zoals datacenters en hoge gebouwen, moeten droge transformatoren voorrang krijgen.

Installatieomgeving:In olie ondergedompelde transformatoren met brandwerende scheidingswanden hebben meestal de voorkeur voor buitenstations, terwijl droge transformatoren de voorkeur verdienen voor gebruik binnenshuis.

Capaciteitslimieten:In binnenstations mag de maximale capaciteit van een enkele olie-ondergedompelde transformator niet groter zijn dan 1250 kVA; In geprefabriceerde onderstations mag de maximale capaciteit van in olie ondergedompelde transformatoren niet groter zijn dan 630 kVA, en de capaciteit van droge transformatoren mag niet groter zijn dan 800 kVA.

Vereisten voor spanningsregeling:Voor omgevingen met grote spanningsschommelingen of frequente aanpassingen zijn transformatoren met belastingwisselaars vereist; Voor toepassingen met stabiele spanning kan een transformator met nullastaftakkingswisselaar worden gebruikt.

Energie-efficiëntie en milieuvereisten:Als gevolg van het energiebesparingsbeleid worden hoogefficiënte en energiebesparende transformatorproducten geleidelijk de reguliere keuze. Momenteel neemt het marktaandeel van 3D-gewikkelde ijzeren kerntransformatoren (met nullastverliezen 15% -25% lager dan traditionele gelamineerde ijzeren kernen) en transformatoren van amorfe legeringen jaar na jaar toe.

Speciale toepassingen:Wanneer spanningsregeling vereist is, moet een autotransformator worden geselecteerd; Het is geschikter om een ​​scheidingstransformator te kiezen wanneer de elektrische veiligheidseisen hoger zijn.