變壓器是利用電磁感應原理來改變交流電壓的靜止裝置,其主要構件是一次線圈、二次線圈和鐵芯。變壓器的主要功能有:電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩壓等,按用途可以分為:電力變壓器和特殊變壓器。
一、電力變壓器的主要技術參數
1、額定容量SN
變壓器的額定容量是指分接開關位于主分接,銘牌所規定的額定工作狀態(額定電壓、額定頻率、額定使用條件)下變壓器的視在功率。單位為KVA。
單相變壓器 SN=UN2*IN2
三相變壓器 SN=√3UN2*IN2
2、額定電壓UN1和UN2
一次額定電壓UN1等于電網額定電壓,二次額定電壓UN2等于一次側加上額定電壓時,二次側測得的空載電壓值。
三相變壓器的一、二次額定電壓都是指的線電壓。
額定電壓比是指空載狀態下,一次側額定電壓與二次側額定電壓之比。
3、額定電流IN1和IN2
變壓器一、二次額定電流是指額定電壓和額定環境溫度下,一、二次繞組長期允許通過的線電流。
單相變壓器 IN1=SN1/UN1
IN2=SN2/UN2
三相變壓器 IN1=SN1/√3UN1
IN2=SN2/√3UN2
4、阻抗電壓
阻抗電壓也稱短路電壓。即把變壓器二次繞組短路,在一次繞組上慢慢升高電壓,當短路電流等于額定電流時一次側所施加的電壓。
阻抗電壓相等是兩臺變壓器并列運行的條件之一,短路電壓值的大小是計算短路電流選擇繼電保護特性的依據。
5、空載電流I0
當變壓器二次側開路,一次側施加額定電壓時流過一次繞組的電流為空載電流。空載電流的大小取決于變壓器的容量,磁路結構和硅鋼片質量等。一般配電變壓器的空載電流為一次額定電流的3%~8%。
6、空載損耗P0
指變壓器二次開路,一次施加額定電壓時變壓器損耗的功率。它包括激磁損耗和渦流損耗。大小與變壓器制造工藝和外加電壓有關,與負載大小無關。
7、短路損耗Pk
指變壓器二次側短接,一次繞組通過額定電流時,變壓器所消耗的功率。它能夠反映變壓器經濟性能的優劣。
8、溫升
國家規定變壓器上層油面溫升的極限值為55℃,為了不使變壓器油迅速老化變質,規定變壓器上層油面溫度一般不得超過85℃。
9、連接組別
指變壓器高低、壓繞組的連接方法和以時鐘序數表示的相對位移的通用標號。
變壓器三相繞組有星形連接、三角形連接和曲線連接,高壓繞組分別用Y、D、Z表示,低壓繞組分別用y、d、z表示,有中性點引出時則分別用YN、ZN和yn、zn表示。
我國生產的變壓器高壓繞組不用Z連接,為了便于生產管理和簡化運行,常選取下面五種作為標準連接組:Yyn0 Yd11 YNd11 Yy0 YNy0。
二次電壓為400/230V的變壓器接線組別通常采用Yyn0,以三線四線制方式供低壓動力和照明使用。防雷變壓器接線組別通常采用Yzn 11。
二、電力變壓器各部件的作用
1、鐵芯
鐵芯是電力變壓器最基本的組成部分之一,是“磁”的通路,并且起繞組骨架的作用,變壓器一二次繞組都繞在鐵芯上,鐵芯上套著繞組的部分稱為鐵柱,不套繞組而用作連接芯、柱,以構成閉合磁路的部分稱為鐵軛。由于變壓器鐵芯內的磁路是交變的,故會產生磁滯損耗和渦流損耗。為減少這些損耗,變壓器鐵芯常用厚度為0.3~0.5mm的硅鋼片,在表面涂0.01~0.13mm厚的絕緣漆,烘干后按一定規則疊裝而成。
2、高低壓繞組
繞組是變壓器最基本組成部分之一,與鐵芯合成電力變壓器本體,是建立磁場和傳輸電能的電路部分,是變壓器“電”的通路。
按高低壓繞組相互排列位置不同,可分為同心式和交疊式兩種。
1)同心式繞組
把一二次繞組分別繞成直徑不同的圓筒形線圈,裝在鐵芯柱上,高低壓繞組之間用絕緣材料相互隔開,為方便高壓繞組抽引接頭,一般將低壓繞組放在里面,高壓繞組套在外面。但輸出電流很大的大容量電力變壓器,低壓繞組引出線的工藝復雜,往往把低壓繞組放在高壓繞組外面。
2)交疊式繞組
又稱交錯式繞組,在同一鐵芯柱上高壓繞組、低壓繞組交替排列,間隙較多,絕緣復雜,包扎工作量大。其優點是機械性能較好,引出線的布置和焊接比較方便,漏電抗較小。常用于低電壓、大電流的變壓器(如電爐變壓器、電焊變壓器等)。
3、分接開關
分接開關又稱調壓開關,是變壓器高壓繞組改變抽頭位置的裝置,調節分接開關位置,可以增加或減少一次繞組部分匝數,以改變電壓比,使輸出電壓得到調整,分接開關又分為有載調壓和無載調壓兩種。
1)無載調壓
又稱無勵磁調壓,是變壓器一二次繞組均與網絡斷開的情況下,變換一二次繞組匝數的方法進行分級調壓。小容量變壓器分接開關一般有三個位置,II位置相當于額定電壓,系統電壓過高時,將分接開關調到I位置,系統電壓過低時,將分接開關調到III位置。即“高往高調,低往低調”。
2)有載調壓
是變壓器帶負載運行中,在負載電流下,變換一次或二次繞組的分接,改變其匝數,進行分級調壓。有載調壓分接開關,在變換分接頭過程中,可采用電抗和電阻過渡,以限制其過渡時的循環電流。
4)氣體繼電器
又稱瓦斯繼電器,作為變壓器內部故障的一種保護裝置,安裝在油箱和油枕的連接管中間。氣體繼電器與控制電路聯通,構成瓦斯保護裝置。氣體繼電器上接點與輕瓦斯信號構成一個單獨回路,下接點連接外電路構成重瓦斯保護。重瓦斯動作使斷路器掉閘并發出重瓦斯動作信號。
規程規定凡容量為800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的廠用變壓器均應裝氣體繼電器。
5、防爆管
是當變壓器內部發生故障時,防止變壓器變形而裝設的一種保護裝置,故又稱安全氣道,裝于變壓器的大蓋上,有一個喇叭形管子與大氣相通,管口用薄膜玻璃板或酚醛紙板封住。
6、油枕
是變壓器運行中補油及儲油的裝置,裝在油箱的斜上方,有油管和油箱相通。當變壓器油的體積隨油溫變化而熱脹冷縮時,油箱內始終可以充滿絕緣油,以減少油與空氣的接觸面,防止油被過快氧化和受潮。通常油枕的容積為變壓器油箱容積的1/10,在油枕一側裝有油位指示器(油標管),用來監視油位變化,油枕的上方裝有注油孔和出氣瓣。
7、呼吸器
又叫吸潮器,為防止空氣中的水分進入油枕,油枕通過一個呼吸器與大氣相通。呼吸器內裝有硅膠,硅膠內部干燥劑吸收空氣中的水分和雜質,以保持變壓器內絕緣油的良好絕緣性能。呼吸器內的硅膠一般采用變色硅膠,在干燥的情況下呈淺藍色,當吸潮達到飽狀態時漸漸變為淡紅色,這時可將硅膠取出,在120~160℃的高溫下,烘干變成藍色便可繼續使用。
8、冷卻裝置
油浸式電力變壓器的冷卻裝置,包括散熱器和冷卻器,不帶強油循環的稱為散熱器,帶強油循環的稱稱為冷卻器。
散熱器由裝在變壓器油箱四周的散熱管或散熱片組成,變壓器運行時,上下層油溫的溫差通過散熱器促成油循環,使變壓器芯子周圍的高溫油,通過散熱器冷卻后再回到油箱內,起到了降低變壓器運行溫度的作用。
9、溫度計
是監視變壓器運行溫度的表計,一般都把測溫點放在油的上層。常用的溫度計有水銀式、氣壓式和電阻式。
1000KVA以下的油浸式變壓器,只裝水銀溫度計;1000KVA及以上的油浸變壓器須安裝帶報警信號的溫度計,強迫油循環冷卻的變壓器須安裝兩個;8000KVA及以上的油浸式變壓器需裝設遠距離測溫用的測溫元件,即電阻溫度計,強迫油循環冷卻的變壓器須安裝兩個。
10、高低壓絕緣套管
是變壓器箱外的主要絕緣裝置,大部分變壓器采用瓷質絕緣套管。干式變壓器的絕緣套管采用樹脂澆注成型。變壓器通過高低壓絕緣套管,把變壓器高低壓繞組的引線從油箱內引至箱外,高低壓絕緣套管是變壓器繞組對地(外殼和鐵芯)的絕緣,并且還是固定引線和外接線路的主要部件。
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