Výstavba transformátoru

Konstrukce transformátoru a klíčové komponenty

Transformátor se hlavně skládá z magnetické cesty, elektrické cesty, dielektrické cesty, nádrže a pomocných komponent. Jeho základními prvky jsou primární/sekundární cívky a ocelový jádro, kde jádro je vyrobeno ze silikátové oceli pro vytvoření neustálé magnetické cesty. Jádra transformátorů jsou obvykle laminovaná, aby byly minimalizovány ztráty eddy proudu.

Magnetická cesta

Magnetická cesta se skládá z jádra a ramene, které poskytují cestu pro magnetický tok. Obsahuje laminované ocelové jádro s dvěma izolovanými cívkami (primární a sekundární), které jsou od sebe i od jádra izolovány.

• Materiál jádra: Laminovaná ocel nebo silikátové ocelové plechy, vybrané pro jejich nízké hysteretické ztráty při standardních hustotách toku.

• Strukturní termíny:

• Ramena: Vertikální části, kde jsou navinuté cívky.

• Rameno: Horizontální části spojující ramena pro dokončení magnetické cesty.

Elektrická cesta

Elektrická cesta se skládá z primárních a sekundárních civek, obvykle vyrobených z mědi:

• Typy vodičů:

• Vodiče s obdélníkovým průřezem: Používají se pro nízkonapěťové cívky a vysokonapěťové cívky u velkých transformátorů.

• Vodiče s kruhovým průřezem: Používají se u vysokonapěťových civek malých transformátorů.

Transformátory jsou klasifikovány podle konstrukce jádra a umístění civek do:

Konstrukce transformátoru s jádrem

V konstrukci transformátoru s jádrem je jádro tvořeno laminováním obdélníkových rámových struktur. Laminace jsou obvykle rozřezány na pásy ve tvaru L, jak je znázorněno na obrázku níže. Aby byla minimalizována magnetická nepříznivost na spojích laminací, střídají se vrstvy ve vzájemně posunutém uspořádání, což eliminuje kontinuální spojovací linky a zajistí hladkou magnetickou cestu.

Primární a sekundární cívky jsou interkalovány, aby byl minimalizován únikový tok, s polovinou každé cívky umístěnou buď vedle sebe, nebo soustředně na každém rameni jádra. Během montáže je mezi jádrem a nízkonapěťovou (NN) cívkou, mezi NN a vysokonapěťovou (VN) cívkou, mezi cívkami a ramenem a mezi VN ramenem a ramenem vložena izolační forma Bakelit, jak je znázorněno na obrázku níže. NN cívka je umístěna blíže ke jádru, aby byly sníženy požadavky na izolaci, což optimalizuje efektivitu materiálu a elektrickou bezpečnost.

Konstrukce transformátoru s pouzdrem

U transformátoru s pouzdrem jsou jednotlivé laminace rozřezány na dlouhé pásy ve tvaru E a I (jak je znázorněno na obrázku níže), což vytváří dva magnetické obvody s trojjedinicovým jádrem. Centrální rameno, které má dvojnásobnou šířku než vnější ramena, nese celkový magnetický tok, zatímco každé vnější rameno vede polovinu toku, což optimalizuje magnetickou efektivitu a minimalizuje únikový tok.

Konstrukce a komponenty transformátoru s pouzdrem

Cívka a struktura jádra transformátoru s pouzdrem

Únikový tok v transformátoru s pouzdrem je minimalizován rozdělením civek, což snižuje reaktanci. Primární a sekundární cívky jsou umístěny na centrálním rameni: nízkonapěťová (NN) cívka leží vedle jádra, s vysokonapěťovou (VN) cívkou obalenou kolem ní. K snížení nákladů na laminace jsou cívky předformovány do válcových tvarů, s laminacemi jádra vloženými později.

Dielektrický obvod

Dielektrický obvod se skládá z izolačních materiálů oddělujících vodivé části. Laminace jádra (0,35–0,5 mm silné pro systémy 50 Hz) jsou pokryty lakem nebo oxidovou vrstvou, aby byly minimalizovány ztráty eddy proudu a zajistil se elektrický odpor mezi vrstvami.

Nádrže a příslušenství

Konzervátorka

Cylindrická nádrž namontovaná na střeše hlavní nádrže transformátoru, konzervátorka slouží jako rezervoár izolačního oleje. Umožňuje rozšíření oleje během plného zatížení, zabrání narůstání tlaku při kolísání teploty.

Dýchací zařízení

Fungující jako "srdce" transformátoru, dýchací zařízení reguluje přísun vzduchu během rozšíření/svrácení oleje. Silikagel uvnitř absorbuje vlhkost z přicházejícího vzduchu, zachovává kvalitu oleje: čerstvý modrý gel se mění na růžový, když se nasycuje, suchý gel je schopen snížit rosnou teplotu vzduchu pod -40°C.

Výfuková ventilace

Tenká hliníková trubka instalovaná na obou koncích transformátoru, výfuková ventilace uvolňuje nadměrný vnitřní tlak způsobený náhlými výkyvy teploty, chrání transformátor před poškozením.

Radiátor

Odpojitelné radiátory chladí transformátorový olej přirozenou konvekcí: ohřátý olej stoupá do radiátoru, ochladí se a návratně proudí zpět do nádrže skrze ventily, což udržuje neustálý chladicí cyklus.

Bushiny

Izolační zařízení umožňující průchod elektrických vodičů skrz nádrž, bushiny odolávají vysokým napěťovým polím. Malé transformátory používají pevné porcelánové bushiny, zatímco velké jednotky používají olejové kondenzátorové bushiny. Proti vniknutí vlhkosti, které je hlavní příčinou selhání, lze detekovat degradaci izolace prostřednictvím testů faktoru moci (např. Doble Power Factor Test).