電力變壓器——裝置和工作原理
長距離輸送電力時，利用變壓原理減少損耗。為此，發電機產生的電力被輸送到變電站。它增加了進入電源線的電壓幅度。
傳輸線的另一端連接到遠程變電站的輸入端。在其上，電壓降低以在消費者之間分配電力。
在這兩個變電站中，都有特殊的供電裝置參與大功率電力的轉換：
1.變壓器；
2.自耦變壓器。
它們有許多共同的特徵和特性，但在某些操作原理上有所不同。本文僅介紹了第一種設計，其中各個線圈之間的電力傳輸是由於電磁感應引起的。在這種情況下，幅度變化的電流和電壓諧波保持振盪頻率。
變壓器用於將低壓交流電轉換為較高電壓（升壓變壓器）或將較高電壓轉換為較低電壓（降壓變壓器）。最普遍的是用於輸電線路和配電網絡的一般應用的電力變壓器。在大多數情況下，電力變壓器被構建為三相電流互感器。
設備特性
電力中的電力變壓器安裝在具有堅固基礎的預先準備好的固定地點。軌道和滾輪可以安裝在地面上。
下圖顯示了使用 110/10 kV 電壓系統且總功率為 10 MVA 的多種類型電力變壓器之一的概覽。
其結構的一些單獨元素帶有簽名。更詳細地，主要部件的佈置以及它們的相互佈置在附圖中示出。
油箱內裝有鐵芯9，鐵芯上裝有低壓繞組11和高壓繞組10。變壓器前壁為8。高壓繞組的端子通過瓷絕緣子連接到輸入端。 2.
低壓繞組的繞組也連接到穿過絕緣體3的導線。蓋子附在油箱的上邊緣，它們之間放置橡膠墊圈，以防止油洩漏到油箱和蓋子之間的連接處。油箱壁上鑽有兩排孔，其中焊接有薄壁管7，油從中流過。
蓋子上有一個旋鈕1，轉動它可以切換高壓線圈的匝數，調節帶載電壓。夾具焊接到蓋上，在其上安裝稱為膨脹器的罐5。
它有一個帶玻璃管的指示器 4，用於監測油位和一個帶過濾器 6 的塞子，用於與周圍空氣連通。變壓器在滾輪 12 上移動，滾輪的軸穿過焊接在油箱底部的橫梁.
當大電流流動時，變壓器繞組會受到使其變形的力。為了增加繞組的強度，它們被纏繞在絕緣筒上。如果一個正方形的條帶放在一個圓圈裡，那麼圓圈的面積就沒有被充分利用。因此，變壓器桿由不同寬度的片材組裝而成，具有階梯形橫截面。
變壓器水力圖
圖片顯示了其主要元素的簡化組成和交互。
特殊的閥門和螺桿用於注油/放油，位於油箱底部的截止閥設計用於採集油樣，然後進行化學分析。
冷卻原理
電力變壓器有兩個油循環迴路：
1. 外部的；
2.內部。
第一個迴路由一個散熱器表示，該散熱器由通過金屬管道系統連接的上下集熱器組成。加熱的油通過它們，在製冷劑管路中冷卻並返回油箱。
油箱內的油循環可以做到：
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以自然的方式；
-
由於泵在系統中產生壓力而被迫。
通常，通過製造波紋來增加油箱的表面——一種特殊的金屬板，可以改善油與周圍大氣之間的熱傳遞。
由於自由空氣對流，可以通過風扇吹系統或不用風扇將熱量從散熱器吸收到大氣中。強制氣流有效地增加了設備的散熱，但增加了運行系統的能量消耗。他們可以減少 變壓器的負載特性 高達 25%。
現代大功率變壓器釋放的熱能達到了巨大的價值。它的規模可以歸因於這樣一個事實，即現在，他們開始自費實施為位於不斷運行的變壓器旁邊的工業建築供暖的項目。即使在冬天，它們也能保持設備的最佳運行條件。
變壓器油位控制
變壓器的可靠運行在很大程度上取決於其油箱中填充的油的質量。在運行中，區分兩種類型的絕緣油：注入油箱的純乾油和變壓器運行期間油箱中的工作油。
變壓器油的規格決定了它的粘度、酸度、穩定性、灰分、機械雜質含量、閃點、傾點、透明度。
變壓器的任何異常運行狀況都會直接影響到油的質量，因此其控制在變壓器運行中非常重要。與空氣相通，油被潤濕和氧化。可以通過離心機或壓濾機清洗來去除油中的水分。
酸度和其他違反技術特性的問題只能通過在特殊設備中再生油來消除。
變壓器內部故障，如繞組缺陷、絕緣失效、局部發熱或“鐵打火”等，都會導致油質發生變化。
油在油箱中不斷循環。它的溫度取決於一系列複雜的影響因素。因此，它的體積一直在變化，但保持在一定範圍內。膨脹罐用於補償油的體積偏差。方便監控當前電平。
為此使用油位指示器。最簡單的設備是根據具有透明壁的通信容器的方案製造的，以體積單位預先分級。
將這樣的壓力表與膨脹水箱並聯連接就足以監測運行情況。在實踐中，還有其他與這一作用原理不同的石油指標。
防止水分滲透
由於膨脹水箱上部與大氣接觸，所以在其中安裝了空氣乾燥器，可以防止水分滲入油中，降低其介電性能。
內部損壞保護
它是油系統的重要組成部分 氣體繼電器… 安裝在連接主變油箱和膨脹水箱的管道內。因此，所有被油和有機絕緣體加熱時釋放的氣體都通過帶有氣體繼電器敏感元件的容器。
該傳感器針對非常小的允許氣體形成從操作開始設置，但在它分兩個階段增加時被觸發：
1. 當達到第一個值的設定值時，向服務人員發出故障發生的光/聲警告信號；
2. 關閉變壓器四周的電源斷路器以釋放電壓，以防出現劇烈的氣體，這表明油和有機絕緣的強大分解過程開始，從罐內短路開始。
氣體繼電器的另一個功能是監測變壓器油箱中的油位。當它下降到臨界值時，氣體保護可以根據設置工作：
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僅信號；
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用信號關閉。
防止罐內緊急壓力升高
排油管安裝在變壓器蓋上，其下端與油箱容積相通，油從裡面流到膨脹機的液位。管的上部上升到擴張器上方並縮回側面，略微向下彎曲。它的末端由玻璃安全膜密封，如果由於出現未定義的加熱而導致壓力緊急增加，該膜會破裂。
這種保護的另一種設計是基於安裝閥元件，這些閥元件在壓力增加時打開，在釋放時關閉。
另一種是虹吸保護。它基於機翼的快速壓縮和氣體的急劇上升。結果，在壓縮彈簧的作用下，固定箭頭的鎖被撞倒了。釋放的箭頭會破壞玻璃膜，從而釋放壓力。
電源變壓器接線圖
油箱外殼內有：
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帶上樑和下樑的骨架；
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磁路；
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高低壓線圈；
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纏繞分支的調整；
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低壓和高壓水龍頭
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高低壓套管底部。
框架與梁一起用於機械固定所有組件。
室內設計
磁路用於減少通過線圈的磁通量的損失。它採用層壓方法由各種等級的電工鋼製成。
負載電流流過變壓器的相繞組。選擇金屬作為其生產材料：圓形或矩形截面的銅或鋁。特殊品牌的電纜紙或棉紗用於絕緣匝。
在電力變壓器中使用的同心繞組中，低壓 (LV) 繞組通常放置在鐵芯上，而其外部則被高壓 (HV) 繞組包圍。繞組的這種佈置，首先，可以將高壓繞組從鐵芯上移開，其次，便於在維修期間接近高壓繞組。
為了更好地冷卻線圈，在線圈之間留有絕緣墊片和墊片形成的通道。油在這些通道中循環，當加熱時，油會上升，然後通過油箱的管道下降，並在其中冷卻。
同心線圈以一個位於另一個內部的圓柱體形式纏繞。對於高壓側，創建連續或多層繞組，而對於低壓側，創建螺旋和圓柱形繞組。
低壓繞組靠近桿放置：這樣更容易為其絕緣製作一層。然後在其上安裝一個特殊的圓柱體，提供高低壓側之間的隔離，並在其上安裝高壓繞組。
所描述的安裝方法如下圖左側所示，變壓器棒狀繞組同心排列。
圖片的右側顯示了交替繞組的放置方式，由絕緣層隔開。
為了增加繞組絕緣的電氣和機械強度，它們的表面浸有一種特殊類型的乙二醇清漆。
為了連接電壓一側的繞組，使用了以下電路：
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星星；
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三角形;
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之字形。
在這種情況下，每個線圈的末端都標有拉丁字母表中的字母，如表中所示。
變壓器類型 繞組側 低壓 中壓 高壓 起始端中性 起始端中性 起始端中性 單相 a x — At Ht — A x — 兩個繞組 三相 a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y 與 G°C Z三繞組 三相 a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z
繞組的端子連接到相應的引下線，引下線安裝在位於變壓器油箱蓋上的套管絕緣體螺栓上。
為了實現調整輸出電壓值的可能性，在繞組上做了支路。圖中顯示了控制分支的一種變體。
電壓調節系統設計為能夠在±5%以內改變標稱值。為此，請完成五個步驟，每個步驟 2.5%。
對於大功率電源變壓器，通常在高壓繞組上進行調節。這簡化了分接開關的設計，並允許通過在該側提供更多匝數來提高輸出特性的準確性。
在多層圓柱形線圈中，調節支路製作在線圈末端層的外側，並相對於磁軛對稱地位於同一高度。
對於變壓器的個別項目，在中間部分製作分支。使用反向電路時，一半繞組由右側線圈完成，另一半由左側線圈完成。
三相開關用於切換抽頭。
它有一個固定觸點系統，連接到線圈的分支，和可移動觸點系統，切換電路，用固定觸點創建不同的電路。
如果分支在零點附近，則一個開關同時控制所有三相的操作。之所以能夠做到這一點，是因為開關各部分之間的電壓不超過線性值的 10%。
當在繞組的中間部分製作抽頭時，每個相都有自己的開關，使用單獨的開關。
調整輸出電壓的方法
有兩種類型的開關可讓您更改每個線圈的匝數：
1. 減輕負荷；
2. 負載不足。
第一種方法完成時間較長，不受歡迎。
負載切換通過為連接的消費者提供不間斷電源，使電力網絡的管理更加容易。但要做到這一點，你需要有一個複雜的開關設計，它配備了額外的功能：
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在切換期間通過連接兩個相鄰觸點在不中斷負載電流的情況下執行分支之間的轉換；
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在同時接通期間限制連接的分接頭之間繞組內部的短路電流。
這些問題的技術解決方案是使用限流電抗器和電阻器創建遠程控制操作的開關設備。
在文章開頭顯示的照片中，電源變壓器通過創建 AVR 設計來自動調節負載下的輸出電壓，該設計結合了繼電器電路來控制帶有執行器和接觸器的電動機。
工作原理和模式
電力變壓器的運行基於與傳統變壓器相同的定律：
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電流通過具有時變諧振諧波的輸入線圈會在磁路內感應出變化的磁場。
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穿過第二個線圈匝的變化的磁通量在其中感應出 EMF。
運作模式
在運行和測試期間，電力變壓器可以處於運行或應急模式。
通過將電壓源連接到初級繞組並將負載連接到次級繞組而創建的操作模式。在這種情況下，繞組中的電流值不應超過計算出的允許值。在這種模式下，電源變壓器必須長期可靠地為與其連接的所有用電設備供電。
運行模式的一種變體是空載和短路測試，以檢查電氣特性。
通過打開次級電路以切斷其中的電流而產生的空載。它用於確定：
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效率;
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轉化因子；
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鐵芯磁化引起的鋼材損耗。
短路嘗試是通過將次級繞組的端子短路而產生的，但變壓器輸入端的電壓被低估到能夠產生次級額定電流而不超過它的值。該方法用於確定銅損。
對於緊急模式，變壓器包括任何違反其操作的行為，導致操作參數偏離其允許值的限制。繞組內部的短路被認為特別危險。
緊急模式會導致電氣設備起火併產生不可逆轉的後果。它們能夠對電力系統造成巨大破壞。
因此，為了防止出現這種情況，所有電力變壓器都配備了自動、保護和信號裝置，旨在維持初級迴路的正常運行，並在發生故障時迅速從各方面斷開。