Внутри силового трансформатора: каждый компонент, который вам нужно знать

Когда вы работаете с силовых трансформаторов достаточно долго, вы понимаете, что это не просто тяжелая коробка, стоящая на бетонной площадке. Они представляют собой тщательно собранную систему из десятков отдельных частей, каждая из которых выполняет определенную функцию. Если вы когда-нибудь задавались вопросом, что на самом деле находится внутри этого маслонаполненного стального бака или как агрегат сухого типа выживает без жидкости, вот вам практичная экскурсия.

Сначала я остановлюсь на масляном трансформаторе (наиболее распространенном, который вы видите на подстанциях или на опорах), а затем быстро расскажу, чем отличаются трансформаторы сухого типа.

Абсолютное сердце – магнитные и электрические части

Независимо от размера, каждый трансформатор начинается с одних и тех же двух вещей: сердечника и обмоток. Ядро состоит из тонких листов кремнистой стали, сложенных вместе. Его единственная задача — переносить магнитный поток. Думайте об этом как о скелете, который делает возможной передачу энергии.

Вокруг этого сердечника вы найдете обмотки – обычно медные или алюминиевые катушки. Один комплект предназначен для высокого напряжения, другой для низкого напряжения. Это настоящие «провода», по которым течет ток. Между сердечником и обмотками, а также между различными слоями обмотки имеются изоляционные детали (прессборт, бумага или синтетические материалы). Без них электричество прыгало бы там, где не должно.

Наконец, внутренние выводы соединяют различные секции обмоток и подводят электрический путь к вводам (к которым мы вернемся позже). Эти провода тщательно проложены и изолированы, поскольку внутри резервуара все плотно упаковано.

Изоляционное масло и система охлаждения

В В маслонаполненном трансформаторе весь узел сердечника и катушки погружен в трансформаторное масло. Это масло не является топливом; это минеральное масло высокой степени очистки, которое выполняет три функции: изолирует, охлаждает и помогает погасить любую внутреннюю дугу. Вы можете назвать это источником жизненной силы подразделения.

Сам резервуар удерживает все вместе – масло, сердечник, обмотки и выводы. Но простой стальной резервуар не отдает тепло достаточно быстро. Вот почему снаружи вы видите эти ребристые панели или радиаторы с болтовым креплением. В некоторых более крупных агрегатах используются принудительные воздушные или масляные охладители, но идея та же: избавиться от тепла, выделяемого обмотками и сердечником.

Масло при нагревании расширяется. Чтобы справиться с этим расширением, не разрывая бак, над основным баком установлен расширитель (многие называют его резервуаром для хранения масла или просто «масляной подушкой»). Он вдыхает и выдыхает при изменении объема масла, постоянно поддерживая основной бак полным.

Безопасность и защита

Трансформеры могут жить десятилетиями, но им нужны сторожевые псы. Самое известное из них – реле Бухгольца (газовое реле). Он находится в трубе между основным баком и расширителем. Если в результате незначительной неисправности образуются пузырьки газа, реле улавливает их и отправляет сигнал тревоги. Если серьезная неисправность вызывает внезапный выброс масла, реле мгновенно отключает выключатель.

Наружный воздух, попадающий в консерватор, содержит влагу и пыль. Вот тут-то и приходит на помощь сапун из силикагеля — прозрачная канистра, наполненная синим или оранжевым гелем, который поглощает влагу из входящего воздуха. Когда гель становится розовым или белым, значит, он насыщенный.

В случае возникновения избыточного давления (скажем, короткого замыкания, приводящего к испарению масла), предохранительный клапан открывается на долю секунды, а затем снова закрывается. Без него танк мог буквально расколоться.

Вы также найдете термометр (часто со шкалой и капиллярной трубкой), измеряющий температуру верхнего масла, а иногда и имитаторы температуры обмотки. На основании этих показаний операторы решают, перегружен ли трансформатор или имеются ли проблемы с охлаждением.

Некоторые более крупные трансформаторы включают в себя маслоочиститель — небольшой резервуар, наполненный адсорбирующим материалом, который непрерывно отфильтровывает воду и осадок из масла. Это не бросается в глаза, но продлевает срок службы изоляции на годы.

Там, где электричество входит и уходит – вводы и многое другое

Внутренние провода должны пройти через стенку резервуара, чтобы достичь внешнего мира. Для этого используются фарфоровые или композитные втулки. Они выглядят как большие изоляционные чашки или столбы. Внутри каждого ввода к обмотке проходит проводник, а фарфоровый корпус отводит высокое напряжение от заземленного резервуара.

Паспортная табличка на верхней части резервуара является единственным надежным источником достоверной информации: на ней указаны номинал MVA, напряжения, группа соединений (например, Dyn11 или Yyn0), полное сопротивление и серийный номер. Никогда не доверяйте нанесенным маркировке десятилетней давности.

Для технического обслуживания каждый маслонаполненный бак имеет внизу как минимум один маслосливной клапан. И вы всегда увидите четко обозначенный наконечник заземления, приваренный к резервуару – именно туда вы подключаете заземляющую сетку станции, чтобы защитить людей от токов повреждения.

РПН – точная настройка напряжения

Большинство силовых трансформаторов оснащены переключателем ответвлений. Это переключательный механизм, подключенный к высоковольтной обмотке, который добавляет или убирает несколько витков. Это слегка регулирует выходное напряжение при дрейфе входного напряжения сети. Обесточенные переключатели ответвлений (DETC) могут работать только тогда, когда трансформатор полностью отключен от питания. Устройства РПН (РПН) работают, пока трансформатор находится под напряжением, но они гораздо более сложны, имеют отдельный масляный отсек и моторный привод.

Небольшая заметка о сухие трансформаторы

Если трансформатор находится в помещении (например, внутри здания или башни ветряной турбины), вы часто встречаете агрегаты сухого типа. Никакого масла вообще. Сердечник и обмотки либо заливаются эпоксидной смолой, либо оборачиваются несколькими слоями изоляции, а затем оставляются на воздухе. Охлаждение происходит естественным образом или с помощью встроенных вентиляторов.

Поскольку масла нет, все детали, связанные с маслом, исчезают: нет маслорасширителя, нет реле Бухгольца, нет сапуна из силикагеля, нет клапана слива масла и нет маслоочистителя. Но электрический сердечник – железный сердечник, обмотки, внутренняя изоляция, выводы, втулки, паспортная табличка и заземляющий наконечник – остается точно таким же. Устройство РПН, если оно имеется, также представляет собой конструкцию сухого типа.

Поэтому, когда кто-то спрашивает: «Что внутри силового трансформатора?», честный ответ: это зависит от того, масляный он или сухой. Но для маслонаполненных «рабочих лошадок» сети список длинный – и каждая деталь, от самой маленькой прокладки до основного сердечника, служит своей цели. За два десятилетия работы в этой области я понял, что пропуск любого из них приведет к неприятностям.