Máy biến áp - thiết bị và nguyên tắc hoạt động
Khi vận chuyển điện trên một khoảng cách dài, nguyên tắc biến đổi được sử dụng để giảm tổn thất. Với mục đích này, điện do máy phát điện tạo ra được đưa đến trạm biến áp. Nó làm tăng biên độ của điện áp đi vào đường dây điện.
Đầu kia của đường truyền được kết nối với đầu vào của trạm biến áp ở xa. Trên đó, điện áp được giảm xuống để phân phối điện giữa những người tiêu dùng.
Trong cả hai trạm biến áp, các thiết bị cấp điện đặc biệt đều tham gia vào việc chuyển đổi điện năng cao:
1. máy biến thế;
2. máy biến áp tự ngẫu.
Chúng có nhiều tính năng và đặc điểm chung, nhưng khác nhau ở một số nguyên tắc hoạt động. Bài viết này chỉ mô tả những thiết kế đầu tiên trong đó việc truyền điện giữa các cuộn dây riêng lẻ là do cảm ứng điện từ. Trong trường hợp này, các sóng hài dòng điện và điện áp biến thiên về biên độ bảo toàn tần số dao động.
Máy biến áp được sử dụng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều có điện áp thấp thành điện áp cao hơn (máy biến áp tăng áp) hoặc điện áp cao hơn thành điện áp thấp hơn (máy biến áp giảm áp). Phổ biến nhất là máy biến áp điện cho ứng dụng chung cho đường dây truyền tải và mạng lưới phân phối. Máy biến áp lực trong hầu hết các trường hợp được chế tạo dưới dạng máy biến dòng điện ba pha.
Đặc điểm thiết bị
Máy biến áp trong điện lực được lắp đặt trên các vị trí cố định đã được chuẩn bị trước với nền móng vững chắc. Đường ray và con lăn có thể được lắp đặt để đặt trên mặt đất.
Một cái nhìn tổng thể về một trong nhiều loại máy biến áp điện hoạt động với hệ thống điện áp 110/10 kV và có tổng công suất 10 MVA được thể hiện trong hình bên dưới.
Một số yếu tố cá nhân của việc xây dựng nó được cung cấp với chữ ký. Chi tiết hơn, sự sắp xếp của các bộ phận chính và sự sắp xếp lẫn nhau của chúng được thể hiện trong bản vẽ.
Một lõi 9 được lắp đặt bên trong bể, trên đó đặt các cuộn dây có cuộn dây điện áp thấp 11 và điện áp cao 10. Bức tường phía trước của máy biến áp là 8. Các đầu cuối của cuộn dây điện áp cao được kết nối với đầu vào đi qua sứ cách điện 2.
Các cuộn dây cho cuộn dây điện áp thấp cũng được kết nối với dây đi qua chất cách điện 3.Nắp được gắn vào mép trên của bể và giữa chúng có đặt một miếng đệm cao su để ngăn dầu rò rỉ vào mối nối giữa bể và nắp. Hai hàng lỗ được khoan trên thành bể, các ống có thành mỏng 7 được hàn vào chúng, qua đó dầu chảy qua.
Trên nắp có một núm 1. Bằng cách xoay nó, bạn có thể chuyển các vòng của cuộn dây cao áp để điều chỉnh điện áp dưới tải. Các kẹp được hàn vào nắp, trên đó gắn một thùng 5, được gọi là bộ giãn nở.
Nó có một chỉ báo 4 với một ống thủy tinh để theo dõi mức dầu và một phích cắm có bộ lọc 6 để liên lạc với không khí xung quanh Máy biến áp di chuyển trên các con lăn 12, các trục của chúng đi qua các dầm được hàn vào đáy bể .
Khi dòng điện lớn chạy qua, các cuộn dây của máy biến áp phải chịu các lực có xu hướng làm biến dạng chúng. Để tăng độ bền của cuộn dây, chúng được quấn trên các xi lanh cách điện. Nếu một dải hình vuông được đặt trong một hình tròn, thì diện tích của hình tròn không được sử dụng hết. Do đó, các thanh biến áp được chế tạo với tiết diện bậc thang bằng cách lắp ráp từ các tấm có chiều rộng khác nhau.
Sơ đồ thủy lực máy biến áp
Hình ảnh cho thấy một bố cục đơn giản và sự tương tác của các yếu tố chính của nó.
Van đặc biệt và vít được sử dụng để đổ / xả dầu và van ngắt nằm ở đáy bể được thiết kế để lấy mẫu dầu và sau đó tiến hành phân tích hóa học.
Nguyên tắc làm mát
Máy biến áp có hai mạch tuần hoàn dầu:
1. bên ngoài;
2. nội bộ.
Mạch đầu tiên được đại diện bởi một bộ tản nhiệt bao gồm các bộ thu trên và dưới được kết nối bằng một hệ thống ống kim loại. Dầu nóng đi qua chúng, nằm trong các đường dẫn chất làm lạnh, sẽ nguội đi và quay trở lại bể chứa.
Việc tuần hoàn dầu trong két có thể thực hiện:
-
một cách tự nhiên;
-
cưỡng bức do tạo ra áp suất trong hệ thống bằng máy bơm.
Thông thường, bề mặt của bể tăng lên bằng cách tạo ra các nếp gấp - các tấm kim loại đặc biệt giúp cải thiện quá trình truyền nhiệt giữa dầu và môi trường xung quanh.
Việc hấp thụ nhiệt từ bộ tản nhiệt vào khí quyển có thể được thực hiện bằng cách thổi hệ thống bằng quạt hoặc không có chúng do đối lưu không khí tự do. Luồng không khí cưỡng bức làm tăng hiệu quả loại bỏ nhiệt khỏi thiết bị, nhưng làm tăng mức tiêu thụ năng lượng để vận hành hệ thống. Họ có thể giảm đặc tính tải của máy biến áp lên đến 25%.
Năng lượng nhiệt được giải phóng bởi các máy biến áp công suất cao hiện đại đạt đến giá trị khổng lồ. Quy mô của nó có thể là do hiện nay, với chi phí của nó, họ bắt đầu thực hiện các dự án sưởi ấm các tòa nhà công nghiệp nằm bên cạnh các máy biến áp hoạt động liên tục. Họ duy trì các điều kiện hoạt động tối ưu của thiết bị, ngay cả trong mùa đông.
Kiểm soát mức dầu trong máy biến áp
Hoạt động đáng tin cậy của máy biến áp phần lớn phụ thuộc vào chất lượng của dầu mà thùng chứa của nó được đổ đầy. Trong quá trình vận hành, người ta phân biệt hai loại dầu cách điện: dầu khô nguyên chất được đổ vào thùng và dầu làm việc được đổ vào thùng trong quá trình vận hành máy biến áp.
Thông số kỹ thuật của dầu máy biến áp xác định độ nhớt, độ axit, độ ổn định, tro, hàm lượng tạp chất cơ học, điểm chớp cháy, điểm đông đặc, độ trong suốt.
Bất kỳ điều kiện vận hành không bình thường nào của máy biến áp đều ảnh hưởng ngay đến chất lượng của dầu, do đó việc kiểm soát chất lượng dầu là rất quan trọng trong vận hành máy biến áp. Tiếp xúc với không khí, dầu được làm ẩm và bị oxy hóa. Độ ẩm có thể được loại bỏ khỏi dầu bằng cách làm sạch bằng máy ly tâm hoặc máy ép lọc.
Tính axit và các vi phạm khác về đặc tính kỹ thuật chỉ có thể được loại bỏ bằng cách tái tạo dầu trong các thiết bị đặc biệt.
Các hỏng hóc bên trong máy biến áp như khuyết tật cuộn dây, hỏng lớp cách điện, nóng cục bộ hoặc "cháy bàn là", v.v... dẫn đến những thay đổi về chất lượng dầu.
Dầu được tuần hoàn liên tục trong bể. Nhiệt độ của nó phụ thuộc vào toàn bộ các yếu tố ảnh hưởng. Do đó, âm lượng của nó luôn thay đổi, nhưng được duy trì trong một số giới hạn nhất định. Một bể mở rộng được sử dụng để bù cho độ lệch thể tích của dầu. Thật thuận tiện để theo dõi mức độ hiện tại trong đó.
Một chỉ báo dầu được sử dụng cho việc này. Các thiết bị đơn giản nhất được chế tạo theo sơ đồ mạch thông tin liên lạc có tường trong suốt, được phân loại trước theo đơn vị thể tích.
Kết nối đồng hồ đo áp suất như vậy song song với bình giãn nở là đủ để theo dõi hoạt động. Trong thực tế, có các chỉ báo dầu khác khác với nguyên tắc hoạt động này.
Bảo vệ chống lại sự xâm nhập của độ ẩm
Vì phần trên của bể giãn nở tiếp xúc với khí quyển nên một máy sấy không khí được lắp đặt trong đó, giúp ngăn hơi ẩm xâm nhập vào dầu và làm giảm tính chất điện môi của nó.
Bảo vệ thiệt hại bên trong
Nó là một yếu tố quan trọng của hệ thống dầu rơ le khí… Nó được lắp bên trong đường ống nối bình biến áp chính với bình giãn nở. Do đó, tất cả các khí thoát ra khi được làm nóng bằng dầu và lớp cách nhiệt hữu cơ đều đi qua bình chứa với phần tử nhạy cảm của rơ le khí.
Cảm biến này được đặt từ hoạt động đối với sự hình thành khí rất nhỏ, cho phép, nhưng được kích hoạt khi nó tăng theo hai giai đoạn:
1. phát tín hiệu cảnh báo bằng ánh sáng / âm thanh cho nhân viên bảo trì khi xảy ra sự cố khi đạt đến giá trị cài đặt của giá trị đầu tiên;
2. Tắt cầu dao điện ở tất cả các phía của máy biến áp để giải phóng điện áp trong trường hợp thoát khí dữ dội, điều này cho thấy sự bắt đầu của quá trình phân hủy mạnh mẽ dầu và chất cách điện hữu cơ, bắt đầu bằng hiện tượng đoản mạch bên trong thùng.
Một chức năng bổ sung của rơle khí là theo dõi mức dầu trong thùng máy biến áp. Khi nó giảm xuống giá trị tới hạn, bảo vệ khí có thể hoạt động tùy thuộc vào cài đặt:
-
tín hiệu chỉ;
-
để tắt với một tín hiệu.
Bảo vệ chống lại sự tích tụ áp suất khẩn cấp bên trong bể
Ống xả được gắn trên nắp của máy biến áp sao cho đầu dưới của nó giao tiếp với dung tích của bình chứa và dầu chảy vào bên trong đến mức trong bộ giãn nở. Phần trên của ống nhô lên trên bộ giãn nở và thu vào một bên, hơi cong xuống.Phần cuối của nó được bịt kín bằng màng an toàn bằng thủy tinh, màng này sẽ bị vỡ trong trường hợp áp suất tăng đột ngột do xảy ra hiện tượng nóng lên không xác định.
Một thiết kế khác của sự bảo vệ như vậy dựa trên việc lắp đặt các bộ phận van mở khi áp suất tăng và đóng khi chúng được giải phóng.
Một loại khác là bảo vệ siphon. Nó dựa trên sự nén nhanh của cánh với sự gia tăng mạnh của khí. Kết quả là, khóa giữ mũi tên, ở vị trí bình thường chịu tác động của lò xo nén, bị sập. Mũi tên được phóng ra sẽ phá vỡ màng thủy tinh và do đó làm giảm áp suất.
Sơ đồ đấu nối máy biến áp
Bên trong vỏ xe tăng được đặt:
-
khung xương với dầm trên và dưới;
-
mạch từ;
-
cuộn dây cao áp và hạ thế;
-
điều chỉnh các nhánh quanh co;
-
vòi điện áp thấp và cao
-
đáy của sứ xuyên điện áp cao và hạ thế.
Khung, cùng với các dầm, dùng để buộc chặt tất cả các bộ phận bằng máy móc.
Thiết kế nội thất
Mạch từ phục vụ để giảm tổn thất của từ thông đi qua các cuộn dây. Nó được làm từ các loại thép điện bằng phương pháp nhiều lớp.
Dòng tải chạy qua các cuộn dây pha của máy biến áp. Kim loại được chọn làm nguyên liệu sản xuất: đồng hoặc nhôm có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật. Các nhãn hiệu đặc biệt của giấy cáp hoặc sợi bông được sử dụng để cách nhiệt các lượt.
Trong các cuộn dây đồng tâm được sử dụng trong máy biến áp, cuộn dây điện áp thấp (LV) thường được đặt trên lõi, cuộn dây này được bao quanh bởi cuộn dây điện áp cao (HV) ở bên ngoài.Sự sắp xếp các cuộn dây này, thứ nhất, giúp di chuyển cuộn dây cao áp ra khỏi lõi, thứ hai, nó tạo điều kiện tiếp cận cuộn dây cao áp trong quá trình sửa chữa.
Để làm mát tốt hơn các cuộn dây, các kênh được hình thành bởi các miếng đệm cách điện và các miếng đệm giữa các cuộn dây được để lại giữa chúng. Dầu lưu thông qua các kênh này, khi được làm nóng, sẽ dâng lên rồi đi xuống qua các đường ống của bể chứa, trong đó chúng được làm mát.
Các cuộn dây đồng tâm được quấn ở dạng hình trụ nằm bên trong cái kia. Đối với phía điện áp cao, một cuộn dây liên tục hoặc nhiều lớp được tạo ra, và đối với phía điện áp thấp, một cuộn dây xoắn ốc và hình trụ.
Cuộn dây LV được đặt gần thanh hơn: điều này giúp tạo lớp cách nhiệt dễ dàng hơn. Sau đó, một xi lanh đặc biệt được gắn trên nó, cung cấp sự cách ly giữa các phía điện áp cao và thấp, và cuộn dây HV được gắn trên đó.
Phương pháp lắp đặt được mô tả ở phía bên trái của hình bên dưới, với sự sắp xếp đồng tâm của các cuộn dây thanh biến áp.
Phía bên phải của hình ảnh cho thấy cách đặt các cuộn dây thay thế, được ngăn cách bởi một lớp cách điện.
Để tăng độ bền điện và cơ của lớp cách điện của cuộn dây, bề mặt của chúng được tẩm một loại vecni glyphtalic đặc biệt.
Để kết nối các cuộn dây ở một phía của điện áp, các mạch sau được sử dụng:
-
ngôi sao;
-
Tam giác;
-
ngoằn ngoèo.
Trong trường hợp này, các đầu của mỗi cuộn dây được đánh dấu bằng các chữ cái trong bảng chữ cái Latinh, như trong bảng.
Loại máy biến áp Phía cuộn dây Điện áp thấp Điện áp trung bình Điện áp cao Đầu cuối trung tính Đầu cuối trung tính Đầu cuối trung tính Một pha a x — Tại Ht — A x — Hai cuộn dây ba pha a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y với G ° C Z Ba cuộn dây ba pha a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z
Các đầu cuối của cuộn dây được kết nối với các dây dẫn xuống tương ứng được gắn trên các bu lông cách điện của ống lót nằm trên nắp thùng máy biến áp.
Để nhận ra khả năng điều chỉnh giá trị của điện áp đầu ra, các nhánh được tạo ra trên cuộn dây. Một trong những biến thể của các nhánh điều khiển được hiển thị trong sơ đồ.
Hệ thống điều chỉnh điện áp được thiết kế với khả năng thay đổi giá trị định mức trong khoảng ±5%. Để làm điều này, hãy hoàn thành năm bước với 2,5% mỗi bước.
Đối với máy biến áp công suất cao, quy định thường được tạo ra trên cuộn dây điện áp cao. Điều này đơn giản hóa thiết kế của công tắc vòi và cho phép cải thiện độ chính xác của các đặc tính đầu ra bằng cách cung cấp nhiều lượt hơn ở phía đó.
Trong các cuộn dây hình trụ nhiều lớp, các nhánh điều chỉnh được tạo ra ở bên ngoài lớp ở cuối cuộn dây và nằm đối xứng ở cùng độ cao so với ách.
Đối với các dự án máy biến áp riêng lẻ, các nhánh được tạo ra ở phần giữa. Khi sử dụng mạch đảo chiều, một nửa cuộn dây được thực hiện với cuộn dây bên phải và nửa còn lại với cuộn dây bên trái.
Một công tắc ba pha được sử dụng để chuyển đổi các vòi.
Nó có một hệ thống các tiếp điểm cố định được kết nối với các nhánh của cuộn dây và các tiếp điểm di động chuyển mạch, tạo ra các mạch điện khác nhau với các tiếp điểm cố định.
Nếu các nhánh được tạo gần điểm 0, thì một công tắc sẽ điều khiển hoạt động của cả ba pha cùng một lúc. Điều này có thể được thực hiện vì điện áp giữa các bộ phận riêng lẻ của công tắc không vượt quá 10% giá trị tuyến tính.
Khi các vòi được thực hiện ở phần giữa của cuộn dây, thì công tắc riêng, riêng lẻ của nó được sử dụng cho từng pha.
Phương pháp điều chỉnh điện áp đầu ra
Có hai loại công tắc cho phép bạn thay đổi số vòng trên mỗi cuộn dây:
1. giảm tải;
2. chịu tải.
Phương pháp đầu tiên mất nhiều thời gian hơn để hoàn thành và không phổ biến.
Chuyển đổi tải cho phép quản lý mạng lưới điện dễ dàng hơn bằng cách cung cấp nguồn điện liên tục cho người tiêu dùng được kết nối. Nhưng để làm được điều đó, bạn cần có một thiết kế công tắc phức tạp, được trang bị các chức năng bổ sung:
-
thực hiện chuyển đổi giữa các nhánh mà không làm gián đoạn dòng tải bằng cách kết nối hai tiếp điểm liền kề trong quá trình chuyển mạch;
-
hạn chế dòng điện ngắn mạch bên trong cuộn dây giữa các vòi được kết nối trong quá trình bật đồng thời.
Giải pháp kỹ thuật cho những vấn đề này là tạo ra các thiết bị chuyển mạch được vận hành bằng điều khiển từ xa, sử dụng các cuộn kháng và điện trở hạn chế dòng điện.
Trong bức ảnh hiển thị ở đầu bài viết, máy biến áp sử dụng điều chỉnh tự động điện áp đầu ra dưới tải bằng cách tạo ra một thiết kế AVR kết hợp mạch rơle để điều khiển động cơ điện với bộ truyền động và công tắc tơ.
Nguyên tắc và phương thức hoạt động
Hoạt động của máy biến áp điện dựa trên các định luật giống như trong định luật thông thường:
-
Một dòng điện đi qua cuộn dây đầu vào với dao động điều hòa thay đổi theo thời gian sẽ tạo ra một từ trường thay đổi bên trong mạch từ.
-
Từ thông thay đổi xuyên qua các vòng của cuộn dây thứ hai tạo ra một EMF trong chúng.
Phương thức hoạt đông
Trong quá trình vận hành và thử nghiệm, máy biến áp có thể ở chế độ vận hành hoặc chế độ khẩn cấp.
Chế độ hoạt động được tạo ra bằng cách kết nối nguồn điện áp với cuộn sơ cấp và tải với cuộn thứ cấp. Trong trường hợp này, giá trị của dòng điện trong cuộn dây không được vượt quá giá trị cho phép được tính toán. Ở chế độ này, máy biến áp nguồn phải cung cấp cho tất cả người tiêu dùng được kết nối với nó trong một thời gian dài và đáng tin cậy.
Một biến thể của chế độ vận hành là thử nghiệm không tải và ngắn mạch để kiểm tra các đặc tính điện.
Không tải được tạo ra bằng cách mở mạch thứ cấp để ngắt dòng điện trong nó. Nó được sử dụng để xác định:
-
Hiệu quả;
-
yếu tố chuyển hóa;
-
tổn thất trong thép do từ hóa lõi.
Nỗ lực đoản mạch được tạo ra bằng cách làm ngắn mạch các cực của cuộn thứ cấp, nhưng với điện áp được đánh giá thấp ở đầu vào của máy biến áp đến một giá trị có khả năng tạo ra dòng điện định mức thứ cấp mà không vượt quá nó.Phương pháp này được sử dụng để xác định tổn thất đồng.
Đối với các chế độ khẩn cấp, máy biến áp bao gồm mọi vi phạm hoạt động của nó, dẫn đến sai lệch của các tham số vận hành bên ngoài giới hạn giá trị cho phép của chúng. Ngắn mạch bên trong cuộn dây được coi là đặc biệt nguy hiểm.
Các chế độ khẩn cấp dẫn đến cháy thiết bị điện và phát triển các hậu quả không thể đảo ngược. Chúng có khả năng gây thiệt hại lớn cho hệ thống điện.
Do đó, để ngăn chặn những tình huống như vậy, tất cả các máy biến áp đều được trang bị các thiết bị báo hiệu, bảo vệ và tự động, được thiết kế để duy trì hoạt động bình thường của vòng sơ cấp và nhanh chóng ngắt kết nối nó từ mọi phía trong trường hợp xảy ra sự cố.