Bouw van een Transformatieapparaat

Transformatorgebouw en belangrijke componenten

Een transformatoren bestaat voornamelijk uit een magnetische circuit, elektrisch circuit, dielectrisch circuit, tank en hulpcomponenten. De kerncomponenten zijn de primaire/secundaire windingen en een staalkern, waarbij de kern is gemaakt van siliciumstaal om een continue magnetische pad te vormen. Transformatorkernen zijn meestal gelamineerd om stroomverlies door wervelstroom te minimaliseren.

Magnetisch circuit

Het magnetische circuit bestaat uit de kern en de yoke, die een pad bieden voor de magnetische flux. Het bevat een gelamineerde staalkern met twee geïsoleerde spoelen (primaire en secundaire), beide geïsoleerd van elkaar en van de kern.

• Kernmateriaal: Gelamineerd staal of siliciumstaalplaten, gekozen vanwege hun lage hystereseverliezen bij standaard fluxdichtheden.

• Constructiebegrippen:

• Ledematen: Verticale secties waarop de spoelen worden gewonden.

• Yoke: Horizontale secties die de ledematen verbinden om het magnetische pad te voltooien.

Elektrisch circuit

Het elektrische circuit bestaat uit primaire en secundaire windingen, meestal gemaakt van koper:

• Leidertype:

• Rechthoekige doorsnede leiders: Gebruikt voor laagspanningswindingen en hoogspanningswindingen in grote transformatoren.

• Cirkelvormige doorsnede leiders: Gebruikt in hoogspanningswindingen van kleine transformatoren.

Transformatoren worden ingedeeld op basis van kernconstructie en windingplaatsing in:

Kerntype transformatorenconstructie

Bij de kerntype transformatorenconstructie wordt de kern gevormd door het lamineren van rechthoekige frameconstructies. De laminaties worden meestal in L-vormige stroken gesneden, zoals in de onderstaande afbeelding is weergegeven. Om de magnetische weerstand op de laminationvoeg te minimaliseren, worden de lagen afwisselend in een gestaag patroon gerangschikt, waardoor er geen continue voeglijnen zijn en een gladde magnetische pad wordt verzekerd.

Primaire en secundaire windingen worden doorgeweven om lekkageflux te minimaliseren, met de helft van elke winding aan elke zijde van de kernledematen gerangschikt. Tijdens de plaatsing wordt bakelieten isolatie tussen de kern en de laagspannings (LV) winding, tussen LV en hoogspannings (HV) windingen, tussen de spoelen en de yoke, en tussen de HV-ledemaat en de yoke geplaatst, zoals in de onderstaande afbeelding is weergegeven. De LV-winding is dichter bij de kern geplaatst om de isolatie-eisen te verminderen, zowel materiaalefficiëntie als elektrische veiligheid optimaliserend.

Omhullings-type transformatorenconstructie

Bij een omhullings-type transformatorenconstructie worden individuele laminaties in lange E- en I-vormige stroken gesneden (zoals in de onderstaande afbeelding is weergegeven), waardoor twee magnetische circuits met een drieledematen kern worden gevormd. Het centrale ledemaat, dat twee keer zo breed is als de buitenste ledematen, draagt de totale magnetische flux, terwijl elk buitenste ledemaat de helft van de flux geleidt, waardoor de magnetische efficiëntie wordt geoptimaliseerd en lekkage wordt geminimaliseerd.

Omhullings-type transformatordesign en transformatorencomponenten

Omhullings-type transformatorenwinding en kernstructuur

Lekkageflux in omhullings-type transformatoren wordt geminimaliseerd door de windingen te verdelen, wat de reactantie vermindert. Primaire en secundaire windingen bevinden zich op het centrale ledemaat: de laagspannings (LV) winding zit naast de kern, met de hoogspannings (HV) winding eromheen gewikkeld. Om de kosten van de laminaties te verlagen, worden de windingen vooraf gevormd tot cilindrische vormen, waarna de kernlaminaties worden ingevoegd.

Dielectrisch circuit

Het dielectrische circuit bestaat uit isolerende materialen die geleidende delen scheiden. Kernlaminaties (0,35–0,5 mm dik voor 50 Hz-systemen) zijn bedekt met vernis of een oxide-laag om stroomverlies door wervelstroom te minimaliseren en elektrische isolatie tussen de lagen te verzekeren.

Tanks en accessoires

Conservator

Een cilindrische tank die op het dak van de hoofdtank van de transformatoren is gemonteerd, fungeert de conservator als een reservoir voor isolerende olie. Het biedt ruimte voor de olie-expansie tijdens volle belasting, waardoor drukopbouw wordt voorkomen als de temperatuur fluctueert.

Adbreker

Functioneert als het "hart" van de transformatoren, reguleert de adbreker de luchttoevoer tijdens de expansie/contractie van de olie. Silicagel binnenin absorbeert vocht uit de inkomende lucht, waardoor de oliekwaliteit behouden blijft: vers blauw gel kleurt roze als het verzadigd raakt, met droog gel in staat om de luchtdauwpunten onder -40°C te brengen.

Explosieventiel

Een dun aluminium buisje dat aan beide einden van de transformatoren is geïnstalleerd, het explosieventiel ontlucht extreme interne druk veroorzaakt door plotselinge temperatuurstijgingen, waarmee de transformatoren tegen schade beschermd worden.

Radiator

Afscheidbare radiatorunits koelen de transformatorenolie via natuurlijke convektie: verwarmde olie stijgt in de radiator, koelt af en keert via ventielen terug naar de tank, waardoor een continue koelingssiklus in stand wordt gehouden.

Bushing

Isolerende apparaten die elektrische geleiders toestaan door de tank heen te gaan, bushings kunnen hoge spanningsvelden weerstaan. Kleine transformatoren gebruiken massieve porseleinen bushings, terwijl grote eenheden olievulling condensator-type bushings gebruiken. Vochtinbreng is de belangrijkste faalmode, waarneembaar via vermogensfactor tests (bijvoorbeeld, Doble Power Factor Test) die de isolatie-degradatie bewaken.