Как работает трансформатор сухого типа? Руководство по выбору ядра, системы охлаждения и выбора

Как на практике работает трансформатор сухого типа? Переменный ток в первичной обмотке создает изменяющийся магнитный поток вокруг ламинированного сердечника, который разрезает вторичную обмотку и индуцирует на ней напряжение, а соотношение витков между двумя обмотками фиксирует выходное напряжение. Все, что отличает конструкцию сухого типа от маслонаполненной, происходит после этого момента: тепло должно проходить через литейную смолу и движущийся воздух, поэтому непрерывная номинальная мощность определяется тепловой, а не электромагнитной конструкцией.

Чем отличается трансформатор сухого типа

Трансформатор сухого типа представляет собой статическое электрическое устройство, которое изменяет переменное напряжение за счет электромагнитной индукции, при этом его обмотки и сердечник изолированы твердыми материалами и охлаждаются воздухом, а не изолирующей жидкостью.

Удалите масло, и вместе с ним останутся три вещи: резервуар и консервант, в которых хранится жидкость, яма с обваловкой и пожаробезопасное хранилище, которого требуют строительные нормы и правила, а также режим отбора проб масла, который сохраняет жидкость сухой. Вместо этого вы получаете более тяжелую, крупную и более дорогую машину в пересчете на кВА, которую можно установить практически в любом месте, где есть вентиляция.

Конструктивные семейства, которые появляются в реальных спецификациях, ограничены:

• Сухой тип с литьем из эпоксидной смолы: обмотки отлиты в вакууме и заполнены эпоксидной смолой, по умолчанию для внутренних распределительных сетей напряжением 6–35 кВ.
• Сухой тип с инкапсулированной смолой: более тонкое смоляное покрытие на пропитанных обмотках, обычное для меньших номиналов.
• Сухой тип с вакуумной пропиткой под давлением (VPI): пропитка лаком под вакуумом, типично для класса 1 кВ и ниже.
• Варианты сердечника: ламинированная кремниевая сталь для обычных уровней потерь или аморфный сплав, когда потери на холостом ходу необходимо свести к минимуму.

Как работает трансформатор сухого типа: индукционный путь шаг за шагом

Принцип работы идентичен любому другому трансформатору, построенному с 1880-х годов: изменяющееся магнитное поле связывает две обмотки с общим сердечником, а соотношение витков между ними определяет коэффициент трансформации. Меняется только изоляция, обернутая вокруг этого поля.

1. Ток намагничивания создает поток. При подаче переменного тока на первичную обмотку небольшой ток намагничивания создает переменный поток в сердечнике, меняющий направление каждые полпериода с частотой 50 или 60 Гц.
2. Ядро несет поток. Ламинированная кремниевая сталь ограничивает вихревые токи тонкими листами; Сердечник из аморфного сплава выполняет ту же работу с меньшими потерями на холостом ходу и более высокой закупочной ценой.
3. Вторичная обмотка видит меняющееся поле. Здесь работает закон Фарадея: в любом проводнике, соединенном изменяющимся магнитным потоком, в нем индуцируется напряжение той же частоты, что и в источнике питания.
4. Коэффициент витков определяет выходную мощность. Первичное напряжение, разделенное на вторичное, равно виткам первичной обмотки, разделенным на витки вторичной обмотки, поэтому для первичной обмотки на 10 000 В и вторичной обмотки на 400 В требуется соотношение витков 25 к 1. Импеданс, а не витки, определяет, насколько сильно просядет напряжение под нагрузкой.
5. Ток нагрузки уравновешивает ампер-витки. Вторичный ток создает встречный поток, первичный ток возрастает, чтобы уравновесить его, а первичные ампер-витки остаются примерно равными вторичным ампер-виткам.
6. Потери становятся теплом. Потери на холостом ходу происходят в пластинах сердцевины; Потери нагрузки определяются сопротивлением обмотки, а также вихревыми и паразитными потерями. Оба оказываются внутри запечатанного полимерного блока, который должен выбросить их в воздух комнаты.

Та же самая физика масштабируется вверх через более крупные юниты, и прохождение принципы проектирования трехфазных силовых трансформаторов и критерии выбора показывает, как изменяются импеданс, нагрузка и защита при более высоких номиналах.

Там, где потери на холостом ходу являются решающими затратами в течение двадцатилетнего срока службы, трансформатор сухого типа с сердечником из аморфного сплава, изготовленный с тем же классом изоляции, уменьшает этот компонент, не меняя при этом электрический принцип.

Как трансформатор сухого типа остается холодным без масла

Тепло покидает трансформатор сухого типа путем проводимости через твердую изоляцию, а затем путем конвекции и излучения в окружающий воздух, поэтому непрерывная номинальная мощность определяется классом изоляции, а не повышением температуры масла.

Два кода охлаждения охватывают почти каждую проданную единицу. AN означает естественный воздух, где только конвекция уносит тепло от поверхностей обмотки. AF означает принудительный воздух, когда вентиляторы прогоняют воздух через охлаждающие каналы и поднимают полезную мощность примерно на 25–40 процентов. Стадия AF учитывается только в том случае, если вентиляторы контролируются, поскольку остановленный вентилятор превращает принудительное охлаждение в перегрузку.

Мониторинг вытекает непосредственно из этого правила. Датчики Pt100, установленные на обмотке, подают сигнал на регулятор температуры с типичной настройкой класса F: сигнал тревоги около 130 градусов и срабатывание около 150 градусов Цельсия, в то время как вентиляторы автоматически запускаются на этапе принудительной вентиляции. Защита корпуса имеет такое же значение, как и охлаждение: открытые блоки со степенью защиты IP00 подходят для специализированных электрических помещений, кожухи с жалюзи IP20 и IP21 подходят для общей установки внутри помещений, а степень защиты IP23 или выше требуется на открытом воздухе или на пыльных и влажных предприятиях.

Сухой тип против масляного погружения: решающие условия на месте

В помещениях, в пожароопасных и требующих большого количества проверок местах выбирайте сухой тип; открытые, высокорейтинговые и экономичные заведения выбирают масло. Это единственное предложение разрешает большинство споров по выбору трансформатора еще до начала электрических расчетов.

Для распределения внутри помещений трехфазный сухой трансформатор с сердечником из кремниевой стали остается традиционной рабочей лошадкой, поскольку его профиль потерь и ценовой баланс лучше, чем у аморфного сердечника при низкой нагрузке, а его тепловое поведение хорошо понятно любому инженеру, занимающемуся вводом в эксплуатацию.

Где находится трансформатор сухого типа в распределительной системе

Трансформатор сухого типа расположен между точкой переключения среднего напряжения и распределительным щитом низкого напряжения, и его номинал определяет, как устроено все вокруг него.

Перед ним находится кольцевой главный блок среднего напряжения, например типа HXGN или XGN15-12, который принимает входной фидер и обеспечивает коммутацию, заземление и защиту, необходимые для безопасной изоляции трансформатора. За ним расположено низковольтное выдвижное распределительное устройство семейства GCK, GCS или MNS, которое управляет отходящими фидерами, измерительная коробка осуществляет измерение мощности, кабельные ответвительные коробки разделяют участки, а устройство реактивной компенсации поддерживает коэффициент мощности там, где этого требует энергоснабжение. В компактных подстанциях, таких как серия YB, все эти детали поставляются предварительно собранными вокруг трансформатора в одном корпусе.

Jiangsu Hengyuan Transformer Co., Ltd. производит оба конца этой цепи, а диапазон трансформаторов, распределительных устройств и подстанций охватывает подходящие компоненты для внутренних распределительных помещений, промышленных предприятий и инфраструктурных проектов.

Проверка технических характеристик перед заказом трансформатора сухого типа

Шесть проверок изменяют номинальные характеристики сухого трансформатора, указанные на паспортной табличке, и каждая из них должна быть произведена до оформления заказа на поставку, а не после прибытия устройства на объект.

• Окружающая среда и высота. Устройства рассчитаны на максимальную температуру окружающей среды 40 градусов Цельсия и высоту над уровнем моря 1000 м; выше этой высоты стандарт снижает допустимое повышение температуры, которое обычно стоит примерно от 0,5 до 1 процента производительности на каждые дополнительные 100 м.
• Гармоническая нагрузка. Нелинейные нагрузки увеличивают потери на вихревые токи в обмотках и выталкивают горячие точки вверх, поэтому для центров обработки данных и предприятий с тяжелыми приводами требуется коэффициент К или явный коэффициент снижения мощности.
• Корпус и степень защиты IP. IP00 для выделенных электрощитовых помещений, IP21 или IP23 для общей установки внутри и снаружи помещений, более высокие классы защиты для пыльной и влажной среды.
• Уровень звука. Устройства сухого типа обычно имеют уровень шума от 50 до 65 дБ(А) на расстоянии одного метра, поэтому конструкция с низким уровнем шума рекомендуется, когда помещение занято или находится рядом с рабочими зонами.
• Координация импеданса и короткого замыкания. Импеданс распределительных сухих типов обычно составляет от 4 до 6 процентов, и эту цифру необходимо сверить с номиналами низковольтных выключателей и настройками защиты на входе.
• Мониторинг температуры и вентиляторы. Три датчика Pt100 плюс контроллер с выходами сигнализации, отключения и запуска вентилятора; рейтинг принудительной вентиляции действителен только в том случае, если отказ вентилятора вызывает сигнал тревоги.

Часто задаваемые вопросы

Основной ответ на то, как работает трансформатор сухого типа, никогда не меняется: поток связывает две обмотки, коэффициент витков задает напряжение, а ток нагрузки уравновешивает ампер-витки. Что меняется, так это термический путь, и этот путь — это то, что вы на самом деле покупаете. Сначала определите условия окружающей среды, высоту над уровнем моря, гармоники и условия корпуса, затем номинальная мощность в кВА, код охлаждения и класс изоляции следуют естественным образом из цифр, а не из привычки.