Сухие трансформаторы с литой изоляцией, схемы, преимущества, виды

Единица измерения напряжения — Вольт (В).

Главное назначение трансформатора — преобразование напряжения до требуемого номинального значения.

На рисунке 1 представлен путь электрической энергии от генерации до конечного использования.

На этом пути встречаются повышающие трансформаторы, которые повышают напряжение генерации до значений, необходимых для линий электропередач, и понижающие трансформаторы, которые понижают напряжение для различных потребителей.

Другим базовым параметром в электрической энергии является номинальный ток.

Электрический ток можно рассматривать как поток отрицательных зарядов (электронов), проходящий через электрический проводник в единицу времени.

Подобно воде, текущей под действием силы тяжести, можно представить поток электронов в проводнике, текущий под действием напряжения.

Единица измерения тока - Ампер (А).

В технике используются разные формы тока, которые представлены на рисунке 2

Трансформатор работает только с переменным током, и форма номинального напряжения является так же переменной.

Активная мощность

Активной мощностью является работа, которую машина или человек совершают в определенную временную единицу. Активная мощность измеряется в ваттах (Вт).

В случае электрических машин, работающих на переменном токе, активная мощность не является единственной: присутствует и другая мощность, называемая реактивная мощность. 

Единица реактивной мощности — вольт—ампер реактивный (ВАР).

Сумма активной и реактивной мощностей дает полную мощность и определяет мощность электрической машины, работающей на переменном токе. 

Полная мощность измеряется ввопы-амперах (ВА).

Трансформатор — это статическая электрическая машина, т.е. без движущихся частей, передающая электрическую полную мощность с одного значения напряжения на другое. 
Часть трансформатора, подключенная к большему напряжению, называется первичной обмоткой, а часть с низшим напряжением — вторичной обмоткой.

Для выбора трансформаторов с литой изоляцией используются технические параметры и методы испытаний согласно следующим нормативам:

• IEC - ЕN 60076-1 - "Силовые трансформаторы”
• IЕС — ЕN 60076—11 - “Сухие силовые трансформаторы"

Кроме этого существует серия стандартов, определяющая трансформаторы специальных назначенний.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПИТАНИЕ МОЖЕТ БЫТЬ ОДНОФАЗНЫМ ИЛИ ТРЕХФАЗНЫМ:

• Однофазное питание представляет собой подключение к двум проводам, между которыми существует номинальное напряжение, например 230 В, как в случае домашнего использования;
• Трехфазное питание состоит из трех однофазных питаний с одинаковым номинальным напряжениям, как показано на РИСУНКЕ 3.

 Чтобы гарантировать движение тока между фазами, напряжения питания сдвинуты между собой на 120° (Рисунок 4).

Соответственно также и токи в трехфазной системе питания являются сдвинутыми между собой на 120°.

В связи с этим, в трехфазной системе различаются два разных типа напряжения:

• напряжение фазы, т.е. значение напряжения каждой фазы относительно земли;
• напряжение линии, т.е. разница между двумя напряжениями фазы.

Так как напряжения фаз сдвинуты между собой на 120“, значение напряжения линии вычисляется из напряжения фазы умноженного на √3 приблизительное значение которого 1,73.

На рисунке 5,   являются напряжением фаз, а   являются напряжениями линий, т.е. напряжением между фазами.

Трансформаторы могут быть подключены как к однофазному, так и к трехфазному питанию.

ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

КЛАССИЧЕСКАЯ ТИПОЛОГИЯ ТРАНСФОРМАТОРА СОСТОИТ ИЗ:

• сердечника из кремнистой стали, где сосредоточено магнитное поле. Сердечник состоит из вертикальных стержней и горизонтальных ярм;
• одной или более вторичных алюминиевых или медных обмоток, которые собираются концентрично вокруг сердечника;
• одной первичной алюминиевой или медной обмотки, собранной концентрично вокруг сердечника снаружи вторичной обмотки.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРА IMEFY

---------------Сердечник---------------

Материал магнитопровода трансформаторов IMEFY — это листовая магнитная текстурированная кремниевая сталь. Сталь этого типа обладает высокой проницаемостью магнитного поля и его колебаний, что обеспечивает снижение потерь.

Стержни и ярма соединены между собой по методу "Step-Lap"‚ который улучшает движение магнитного потока, снижая ток холостого хода и шум.

Кроме того, данный метод обеспечивает хорошую механическую жесткость магнитной системы.

---------------Вторичная обмотка---------------

Вторичная обмотка (Обмотка низшего напряжения) образована проводником цельного листа алюминия или меди, который обматывается вместе с изоляционным материалом, предварительно пропитанным эпоксидными смолами. Автоматическая намотка гарантирует идеальное натяжение и плотность витков в катушке.

После намотки катушка подвергается вакуумной пропитке.

Высококачественные материалы и используемый процесс обмотки позволяют получить катушку способную оптимальнос рассеивать тепло и отлично  противостоять электромеханическим напряжениям в случае короткого замыкания.

---------------Первичная обмотка---------------

Первичная обмотка (обмотка высшего напряжения) образована тонким листовым проводником из алюминия или меди, который обматывается вместе с изоляционным материалом - полиэфирной пленкой. Обмотка состоит из ряда дисков.

Намотка, соединение между дисками и сварка контактов выполняется автоматически. После намотки обмотка подвергается вакуумной заливке эпоксидной смолой с добавлением кварца с последующей полимеризацией в печи.

Контроль производственного процесса гарантирует изготовление обмотки с максимальной механической однородностью, получая более стойкую ктермическим циклам работы, частичным разрядам и загрязняющим агентам конструкцию.

ПРЕИМУЩЕСТВО ТРАНСФОРМАТОРОВ С ЛИТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Трансформатор с литой изоляцией имеет следующие преимущества:

• - высокая стойкость к огню и самоугасание;
• - отсутствие токсичных дымов в случае пожара;
• - нет специальных требований к месту установки трансформатора (в отличие от масляных трансформаторов, где требуется наличие противопожарных барьеров и сборочных емкостей);
• - использование в местах с высокой влажностью и загрязненностью;
• - умеренные расходы на установку;
• - отсутствие планового технического обслуживания (в отличие от масляных трансформаторов);
• - низкие потери, благодаря возможности установки трансформатора вблизи потребляемой нагрузки;
• - высокая стойкость к нагрузкам короткого замыкания;
• - высокая стойкость к повышенным напряжениям;
• - высокий уровень изоляции и отсутствие частичных разрядов;
• - меньшие габаритные размеры относительно сухих трансформаторов без литой изоляции.

Благодаря этим характеристикам трансформатор с литой изоляцией может применяться в более разнообразных местах таких как:

• - офисы ;
• - аэропорты;
• - военные сооружения;
• - береговые платформы;
• - транспорт: 
• - наземная и морская тяга;
• - телекоммуникационные центры;
• - торговые и культурные центры;
• - банки;
• - больницы;
• - школы;
• - все пожароопасные места;
• - ветровые и солнечные электроустановки;
• - электростанции (газовые, атомные)

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, УКАЗЫВАЕМЫЕ В ЗАЯВКЕ

Сухой трансформатор

Номинальное напряжение каждой обмотки (Vn)

Каждая обмотка трансформатора идентифицируется по своему номинальному напряжению. 
Для однофазных трансформаторов указывается напряжение фазы, а для трехфазных — напряжение линии.

Значения этих напряжений относятся к холостому ходу и определяются испытаниями на холостом ходу.

Коэффициент трансформации (k)

Коэффициент трансформации - это отношение номинальных напряжений первичной и вторичной обмоток.

Данные, которые заказчик должен указать для заказа трансформатора, перечислены в норме IEC 60076.

Номинальная мощность (Sn)

Это полная мощность, на которую спроектирован трансформатор. Полная мощность вычисляется следующим образом:

 -  для однофазного трансформатора номинальное напряжение первичной или вторичной обмотки умножается на соответствующий ток;

 -  для трехфазного трансформатора мощность каждой фазы умножается на три (например, для трансформатора мощностью 1 МВА мощность каждой фазы будет равна 0.333 МВА).

Номинальная мощность всегда передается через номинальный разъем. 

Вычисления можно производить по следующей формуле, где Vn — напряжение линии и In — номинальный ток.

Номинальный ток каждой обмотки (In)

Номинальный ток - это ток, который может выдерживать обмотка в течение бесконечного периода времени, он вычисляется из номинальной мощности и номинального напряжения.

 - для однофазного  трансформатора.

 - для трехфазного трансформатора.

Номинальный ток вычисляется для каждой обмотки трансформатора.

Частота (Fn)

Это номинальная частота, для которой спроектирован трансформатор. В наиболее частых случаях она равна 50 или 60 Гц.

Тип изоляции

Должно быть указанно, если изоляция сухая или масляная.

Установка

Должно быть указано, где устанавливается трансформатор: на улице или в помещении, а так же степень защиты кожуха.

Группы соединения трансформаторов

Группа соединения применима только к трехфазным трансформаторам.

В трехфазном трансформаторе фазы первичной или вторичной обмоток могут быть соединены различнымиспособами.

Группа и часовой индекс определяют первичное и вторичное соединения.

Наиболее часто используемые группы соединений приведены в таблице 1.

Большая буква указывает соединение обмотки высшего напряжения, а маленькая - соединение обмотки низшего напряжения.

Группа Dy11 означает:

      -  первичная обмотка соединена треугольником (D)

      -  вторичная обмотка соединена звездой (y)

      -  11 — это часовой индекс, который означает отставание вторичного фазового напряжения от первичного фазового напряжения. В случае 11, 11 Х 30° = 330º отставания (или 30° опережения).

Подробное объяснение аргумента можно найти в норме IEC 60076 — Раrt 1.

Два или более параллельных трансформатора должны иметь одинаковую группу соединения, иначе между ними произойдет перераспределение мощностей.

Заземление каждой обмотки

Необходимо указать будут или нет заземлятся обмотки и каким способом (напрямую или через сопротивление).

Класс изоляции обмоток 

Это класс изоляции, при котором гарантировано функционирование трансформатора (см.IЕС 60076). Класс зависит от номинального напряжения обмоток. Например, для обмотки номинальным напряжением 0.400 кВ соответствует класс изоляции 1.1 кВ. Класс изоляции является фундаментальным, так как также определяет тип испытаний трансформатора.

Класс изоляции в отношении к рабочей температуре

Рабочая температура обуславливает время жизни изоляции и, следовательно, трансформатора. 

Поэтому определены классы изоляции, которые зависят от материала изоляциитрансформатора. Для каждого класса установлена допустимая температура перегрева относительно расчетной температуры окружающей среды 40°С. Например, для трансформаторов с лупой изоляцией класс изоляции F, который соответствует температуре перегрева 100К = 100°C. Допустимая температура для этого класса 100° С + 40° С = 140° 

Подробное разъяснение аргумента можно найти в нормативе IEC 60085.

Максимальное напряжение каждой обмотки (Um)

Это максимальное напряжение относительно земли, при котором работает трансформатор это важное значение и оно должно быть указано, так как некоторые трансформаторы не имеют тот же класс изоляции, который определен номинальным напряжением.

Напряжение короткого замыкания (Ucc или Ucc%)

При испытании на короткое замыкание Ucc — это напряжение, которое необходимо приложить к первичной обмотки для получения номинальных токов трансформатора, имея короткозамкнутые вторичные обмотки.

Обычно задается значение в процентах от номинального напряжения.

Например, во время испытания на короткое замыкание измерено напряжение первичной обмотки 14 В, при номинальном напряжении 230 В.

Отсюда получаем Ucc% = 14В/230 В*100 = 6.08%.

Ток холостого хода (Io или Io%)

Это так проходящий через первичную обмотку во время теста холостого хода. C помощью этого значения вычисляется мощность, рассеваемая при работе трансформатора на холостом ходу. Обычно ток холостого хода выражается в процентах от номинального така первичной обмотки.

Регулирующие клеммы

При работе под нагрузкой вторичное напряжение может получать отклонения, вызванные нагрузкой или питающей линией трансформатора.

Регулирующие клеммы позволяют скорректировать вторичное напряжение в некоторых пределах.

В общем случае предусмотрена регулировка  ±5% c помощью 5 клемм c интервалом 2.5%.

Эталонная температура

Это температура, установленная стандартами, для измерения потерь короткого замыкания и холостого хода. В случае распределительных трансформаторов класса F установлена температура 120° 

Потери холостого хода (Ро)

Это потери, измеренные при испытаниях на холостом ходу. Это мощность, которую трансформатор потребляет для намагничивания сердечника, а также потребляемая мощность, когда трансформатор не питает никакую нагрузку. Данное значение может быть запрошена клиентом или выбрано из таблиц ведущих производителей.
 

Потери в коротком замыкании (Рсс)

Это потери, измеренные при испытаниях короткого замыкания.

Это мощность, потерянная в обмотках трансформатора при номинальных токах.

Соответствуют сумме потерь в первичной и вторичной обмотках всего трансформатора. данное значение может быть запрошено клиентом или выбрано из таблиц ведущих производителей.

Измеренное значение потерь вычисляется на основе эталонной температуры.

Охлаждение

Два типа охлаждения применяются: воздушное конвективное (АN) и воздушное принудительное (АF), получаемое с помощью вентиляторов.

Расчетная температура окружающей среды

Температура окружающей среды, для которой проектируется трансформатор, в общем случае равна 40° С.

Высота над уровнем моря

Это необходимый параметр, так как тот же самый трансформатор, используемый ниже 1000 метров над уровнем моря, будет иметь большее значение номинальной мощности, чем на высоте выше 1000 метров (см. IЕС 60076 — часть 2).

В частности при испытаниях  трансформатора c конвективным охлаждением ниже 1000 метров над уровнем моря стандарт предусматривает уменьшение допустимой температуры перегрева на 2.5 К на каждые 500 метров выше 1000 метров.

Например, для трансформатора класса F на высоте 1000 или менее метров используется температура перегрева 100 К, то для высоты 2000 метров это значение будет 95 К.

Также изменяется уровень изоляции в тесте приложенного напряжения, выполненного ниже 1000 метров. Норматив предусматривает увеличение уровня теста на 1% каждые 100 метров выше 1000 метров. для трансформатора c приложенным напряжением 50 кВ и установленном на отметке 2000 метров тестовый уровень будет 55 кВ

Класс IP XYZ  — дополнительные литеры

Класс IP XYZ — дополнительные литеры применимы к кожуху трансформатора. 

Первая цифра означает как защиту от проникновения предметов и пыли, так и защиту от доступа копасным частям. 

Вторая цифра означает степень защиты от проникновения воды.

Третья цифра — степень защиты от ударов. 

Могут быть добавлены две дополнительные литеры: первая буква означает недоступность кожуха для пальцев, рук или предметов, используемых людьми.

Вторая буква указывает на особые условия относительно типа или использования кожуха и его содержания. 

Например, степень защиты IP101ВН означает:

  -  Первая цифра 1: защищено от попадания твердых предметов диаметром более 50мм;

  -  Вторая цифра 0: нет никакой защиты от проникновения воды ;

  -  Третья цифра 1 : защищено от ударов ‹ максимальной энергией равной 0.225 J;

  -  Первая дополнительная буква В: кожух снабжен особыми деталями, которые не допускают проникновение пальцев или рук к опасным частям.

  -  Вторая дополнительная буква Н: кожух пригодный для содержания устройств высокого напряжения.

ЗАЩИТНЫЙ КОЖУХ

Подробное описание находится в нормативе IЕС 60529.

Уровень шума

В случае специфических шумовых требований, клиент должен указать уровень шума в дБ.

Как правило, указывается уровень звукового давления.

Измерения производятся по периметру вокруг трансформатора на расстоянии 1м для трансформаторов IРОО или на расстоянии 0.3м для трансформаторов в кожухе.

Подробное изложение метода измерения можно найти в норме IЕС 60076—10.

Размеры и вес

Должны быть указаны все габаритные размеры трансформатора и кожуха. Вес сообщается производителем или находится по техническим каталогам производителя.

ИСПЫТАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ РЕГУЛИРУЮТСЯ НОРМАТИВОМ IЕС 60076—11 И ДЕЛЯТСЯ НА СТАНДАРТНЫЕ, ТИПОВЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ.

Cтандартные испытания:

• - Измерение электрического сопротивления обмоток;
• - Проверка коэффициента трансформации k и группы соединения;
• - Измерение напряжения короткого замыкания Uсс%;
• - Измерение потерь короткого замыкания Рcс;
• - Измерение потерь холостого хода Ро% и тока холостого хода Iо%;
• - Испытание изоляции приложенным напряжением;
• - Испытание изоляции индуктированным напряжением;
• - Измерение частичных разрядов;
• - Контроль размеров:

Типовые испытания. 

• - Испытания грозовыми импульсами;
• - Испытания на нагрев.

Специальные испытания:

• - Измерение уровня шума;
• - Испытание на стойкость при коротких замыканиях;
• - Испытания на тепловой удар (С1 — С2);
• - Испытания на стойкость к окружающей среде.

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

Два или более трансформатора работают параллельно, когда они запитаны от одной линии  и подают энергию также на одну вторичную линию. 

Благодаря близкому расположению двух машин внешнее сопротивление (соединительных шин) незначительно по сравнению с собственными сопротивлениями.

Необходимые условия для параллельной работы:

• - одинаковый коэффициент трансформации k
• - одинаковые группы соединений;
• - то же напряжение короткого замыкания Ucc% на главном разъеме, в пределах допустимой нормированной погрешности +-10%. Более того, если регулирующие клеммы больше обычных +-5%, необходимо также знать Ucc% на самой высокой и самой низкой клемме;
• - Отношение мощностей параллельных трансформаторов: от О.5 до 2 включительно.

Если два первых условия являются обязательными, то два вторых относятся больше к распределению мощностей между трансформаторами.

Действительно, если Uсс% трансформаторов отличаются, токи разделятся обратно пропорционально значениям Ucc% и пропорционально своим мощностям

(Рисунок 7).

Рассмотрим параллельную работу двух трансформаторов TR1 и TR2 со следующими параметрами:

• одинаковый коэффициент трансформации k;
• одинаковые группы соединений;
• Р1 = 2000 кВА и Р2 = 1600 кВА:
• Uсс1% = 5.8% е Uсс2% = 6.4%.

TR1 с Ucc1% = 5,8% выдаст свою номинальную мощность 2000 кВА, в то время как ТR2 c Ucc2% = 6.4% выдаст мощность равную: Р2(Uсс1% / Uсс2%) = 1600 (5.8 / 6.4) = 1450кВА

Таким образом мощность выдаваемая двумя трансформаторами будет 2000 кВА + 1450 кВА = 3450 кВА вместо суммы номинальных мощностей равной 3600 кВА.

Поэтому при заказе обязательно должно быть указанно, если трансформатор предназначен для замены в параллельной цепи с уже существующим, и, если да… то необходимо предоставить результаты приемочных испытаний эксплуатируемых трансформаторов.

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ В ПРЕОБРАЗОВАНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

Основные сферы применения преобразования:

• Электролиз;
• Электрометаллургия;
• Питание электродвигателей постоянного тока для приводов с изменяемой скоростью;
• Электрическая тяга;
• Гальваника;
• Электрофорез.

Трансформатор выполняет несколько функций в силовых схемах преобразования

1. Трансформирует питающее напряжение до необходимого значения для получения желаемого постоянного напряжения;
2. Предоставляет необходимое количество фаз и их сдвиг для реализации выбранной выпрямительной схемы;
3. Регулирует напряжение с целью изменения постоянного напряжения на выходе преобразователя.

Работа преобразователя может искажать форму напряжения, которое больше не является идеально синусоидальной (Рисунок 8).

Выпрямительные трансформаторы могут работать с искаженной формой волны и фильтруют большую часть мощности искажений.

Поэтому они должны быть рассчитаны не только по номинальной мощности, а с учетом поглощения и рассеивания мощности искажений.

Для такого расчета используется К-фактор, в основном в англосаксонских странах.

К—фактор определен нормой АNS1/1ЕЕЕ С57.110 и устанавливает вес искажений в питающей электрической сети.

Для расчета и подробных деталей можно обратиться к вышеупомянутой норме Underwriters Laboratory (UL), которая также использовала этот коэффициент для классификации трансформаторов, используемых в сетях с искаженными формами напряжения и тока (UL.1561).

Также существует другой европейский метод расчета на основе К-фактора, который можно найти в нормативе BS 7821 part 4.

К—фактор может использоваться двумя способами:

1. Чтобы определить требуемое увеличение размеров стандартного трансформатора, работающего с искажениями;
2. Производитель может выбрать более подходящий тип трансформатора для работы с искажениями.

Всегда рекомендовано, чтобы инженерный отдел заказчика определил К—фактор и сообщил его производителю для выбора подходящего трансформатора в соответствии с заданным типом нагрузки.

КОРРЕКЦИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

Трансформатор является резистивно-индуктивной нагрузкой. Индуктивная часть является  преобладающей и вызывает существенное потребление индуктивной реактивной мощности.

Вследствие чего, в силовых трансформаторах возникает необходимость в корректировке коэффициента мощности.

Емкостная мощность, требуемая для коррекции коэффициента мощности, может быть вычислена по следующим формулам.

Для холостого хода:

Для работы на полной мощности:

Величины Qo и Qcc — минимальные и максимальные мощности, которые должны быть скорректированы.

ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ.

ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА

Во время работы трансформатора могут случатся поломки и отказы по некоторым причинам, таким как:

•  Температура окружающей среды выше расчетной
•  Перегрузки, не указанные в заказе;
•  Недостаточная циркуляция охлаждающего воздуха или неправильное направление его потока сквозь обмотки.

Во избежание таких поломок предусмотрена система тепловой защиты, базирующаяся на следующих измерительных приборах

• Двухконтактный термометр;
• Термозонд с неиндицируемым устройством управления;
• Термометр сопротивления с дисплейным блоком управления.

Принимая во внимание погрешность теплоизмерительных приборов и возможную разницу между горячей точкой обмотки и местом установки прибора, приняты следующие калибровки:

• калибровка для класса Р: сигнал тревоги 130 Со, отключение 140°С
• калибровка для класса В: сигнал тревоги 110 Со, отключение 120°С

Двухконтактный термометр 

Если имеется только один термометр, то  он устанавливается на центральную катушку обмотки низшего напряжения, в противном случае термометры устанавливаются на каждую катушку обмотки низшего напряжения.

Основные характеристики:

• напряжение питания 24 — 380В (пост, перем.)
• максимальный ток 0.4А 
• максимальная мощность 18ВА.

Термозонд с неиндицируемым устройством управления

Термозонды - это чувствительные устройства, калиброванные на требуемую температуру. 
Их погрешность составляет +- 6 °С и диэлектрическая прочность 2500 В (перем.).

Термозонды устанавливаются парами на три катушки низшего напряжения. 

Управляющее устройство обычно устанавливается на панель высокого напряжения и имеет следующие характеристики:

• 2 группы трех термозондов РТС100 0м, соединенные в серию на входе;
• Питание 110/220В (перем.) с частотой 50 — 60Гц или 24 — 48В (пост.);
• Пропускная способность выходящих контактов: 5А;
• Потребляемая мощность 4ВА.
•  

Схема термозонда с неиндицируемым устройством управления (Рисунок 11)

Термометры сопротивления — элементы, чувствительные к изменению температуры. 

Чувствительный элемент состоит из платиновой проволоки, намотанной на изоляционный суппорт, залитый в смолу. Базовое значение сопротивления 100 Ом при 0 Со с погрешностью +- 0.10 м. Диэлектрическая прочность 2000 В (перем.).

Термометры сопротивления обычно устанавливаются на каждую катушку низшего напряжения, по запросу может быть установлены и на сердечник.

 Также возможна установка дополнительных термометров для резервного использования. Дисплейный блок управления устанавливается на панель высокого напряжения и имеет следующие характеристики:

• 3 или 4 входных канала для платиновых сенсоров РТ 100 Ом;
• Конфигурация для контроля вентиляторов охлаждения;
• 2 контрольные точки с предустановкой до 220° С;
• Питание 18 — 270В (пост, перем.) ;
• Пропускная способность выходящих контактов: 5А;
• Потребляемая мощность 7ВА;
• Электрическая защита (не входит в компетенцию конструкции трансформатора).

В общем случае защита трансформатора в отсеке НН/ВН организована с помощью следующих устройств:

Сторона ВН (первичная обмотка); 

• Линейный разъединитель ВН;
• Заземляющий разъединитель линии ВН;
• Разрядник;
• Главный выключатель + плавкий предохранитель.
•  

Сторона НН (вторичная обмотка)

• Автоматический выключатель.
•  

Стороны ВН и НН

Защита от внутренних поломок трансформатора (дифференциальная защита). 
Эта защита может быть реализована с помощью дифференциального реле и обычно рекомендована для трансформаторов полной мощностью свыше 1 МВА.

При нормальной работе трансформатора первичные и вторичные токи пропорциональны в соотношении близком к 1/k (обратному ккоэффициенту трансформации). 
Если, в случае неисправности, появляется токовая утечка, то соотношение между первичным и вторичным токами меняется. Дифференциальная защита срабатывает, когда небаланс между первичным и вторичным током превышает допустимый предел.

КРАТКОВРЕМЕННЫЕ И ДЛИТЕЛЬНЫЕ ПЕРЕГРУЗКИ

ПОД ТЕРМИНОМ ПЕРЕГРУЗКА ПОДРАЗУМЕВАЕТСЯ ПОТРЕБЛЕНИЕ МОЩНОСТИ, ПРЕВЫШАЮЩЕЙ НОМИНАПЬНУЮ МОЩНОСТЬ.

Могут быть выделены два типа перегрузки

• Кратковременные перегрузки — перегрузки, действующие на короткое время, не вызывающие значительное и постоянное изменение температуры машины.
•  Длительные перегрузки — перегрузки, действующие на такое время, при котором изменение температуры машины является постоянным.

Метод расчета для оценки температуры кратковременных и длительных перегрузок приведен в нормативе IЕС — ЕМ 60076—12.
Норма определяет условия для расчета и дает указания для оценки процентной потери жизни при явлениях перегрузки.

Нагрев трансформатора зависит в основном:

• ОТ НАГРУЗКИ, т.е. от значения потребляемого тока при постоянном напряжении;
• ОТ времени нагрузки;
• ОТ массы катушек;
• ОТ температуры окружающей среды. Чем ниже температура, тем медленнее явление нагрева;
• ОТ предусмотренного типа охлаждения, конвективного или принудительного

Норма ограничивает расчет со значениями превышения тока в 1.5 рабочего и принимает класс F с наиболее горячей точкой 180° C. 
Более того данный метод не применим для трансформаторов наружного использования.

ПРИМЕР РАСЧЕТА ДЛЯ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ПЕРЕГРУЗОК.

Для расчета необходимо знать массу катушек и тип проводника (медь или алюминий). Из этих величин вычисляется постоянная трансформатора.

Рассматривается следующий трансформатор:

• температура при номинальной нагрузке: 110°С (Это рассчитанная производителем или измеренная величина);
• постоянная трансформатора, вычисленная из массы катушек и типа проводника: 0.5 ч (это рассчитанная производителем или измеренная величина);
•  класс F: 155°C:
• температура окружающей среды 30°С и не зависит от нагрузки ;
• охлаждение: конвективное (АN).

со следующими режимами работы:

• начальная нагрузка 80% от номинальной;
• перегрузка 120% на время t2 = 2ч.
•  

результаты расчета:

• температура в наиболее горячей точке при восьмидесяти процентах нагрузки: 100°C:
• температура в наиболее горячей точке после 1.5 часа перегрузки 120%: 163°С.

ПРИМЕР РАСЧЕТА ДЛЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ ПЕРЕГРУЗОК

В этом случае трансформатор нагревается до постоянной температуры, которая превышает рабочую.

рассматривается трансформатор из предыдущего примера, но со следующими режимами работы:

•  начальная нагрузка: 80% от номинальной;
•  перегрузка 130% втечение 168ч (одна неделя);

расчет дает следующие результаты:

•  температура в наиболее горячей точке при восьмидесяти процентах нагрузки: 100°С;
•  температура в наиболее горячей точке после 168 часов перегрузки 130%: 173Со 

Сокращение срока службы трансформатора из-за длительной перегрузки: 3602 часа. Исходя из минимального расчетного ресурса 180 000 часов, сокращение в процентах: 2%.

Таким образом, при 50 таких перегрузках срок службы трансформатора является исчерпанным.

Длительные перегрузки вызывают значительное снижение ресурса, поэтому необходимо заранее оценивать с конструктором эти снижения исходя из возможных перегрузок.

Для контроля перегрузок могут быть рассмотрены дополнительные меры, как например, установка вентиляторов на трансформатор с конвективным охлаждением.

СРАВНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ И МЕДИ

Большая часть производителей трансформаторов с литой изоляцией, среди которых также и IMEFY, выбрала использование алюминиевой ленты для проводника как самую подходящую технологию производства.

Этот выбор имеет неоспоримые преимущества, и со временем его также приняли многие производители трансформаторов c масляной изоляцией, которые изначально использовали медные провода круглого или прямоугольного сечения.

Изначально выбор алюминиевой ленты делался на основе совместимых коэффициентов расширения проводника и эпоксидной смолы, используемой для заливки обмотки высшего напряжения.

Таким образом, уменьшался риск образования трещин из-за механических расширений, связанных с изменением нагрузки, или при возможном использовании трансформатора при низких температурах.

C момента появления на рынке трансформаторов c литой изоляцией проблема образования трещин стала аргументом внимания, как со стороны производителя, так и со стороны потребителя.

Причина этому то, что проводник и изолятор были единым целым, в отличие от масляных трансформаторов, где такой проблемы никогда не было.

Трудности были большими во времена… когда не использовалась техника усиления литых обмоток, появившаяся как следствие применения нормы, касающейся климатического класса C2, которая сейчас требуема на всемирном уровне.

Кроме проблем с расширениями, выбор ленты вместо проводников круглого или прямоугольного сечения характеризуется другими неоспоримыми преимуществами. 

Во первых, удалось достичь лучшей компактности машины, частично уменьшив габариты и компенсировав большие пространства, необходимые как для изоляции так и для каналов охлаждения.

Во вторых, гладкие слои ленты облегчили проникновение смолы внутрь обмотки, улучшив заполнение различных зазоров и позволив получить минимальное значение частичных разрядов, хорошо известного фактора старения.

Катушки из круглого или прямоугольного провода имеют более сложную структуру каналов для однородного проникновения смолы, тип обмотки высшего напряжения в суперпозиционных катушках, позволяет получить постоянный градиент напряжения, как между спиралями, так и между дисками.

В обмотке из проводов градиент растет (см‚ схему ниже). 

Конечно выбор ленты не мешает выбрать в качестве проводника медь.

Но принимая во внимание большую проводимость этого материала, и оптимизируя соотношение ценакачество для небольшой линейки мощностей/напряжений не выгодно использовать ленту, потому что, нужно было бы использовать очень маленькие толщины, что делает намотку катушек очень сложной и не надежной.

Поэтому, выбирая медь в таких случаях, необходимо использовать провода круглого или прямоугольного сечения, типичные где жидкий изолятор легко проникает в каналы сложной формы, образуя равномерную изоляцию. Решение с литой изоляцией в этом случае будет подвергать продукт риску, описанному выше.