Жаңартылған және Кең таралған 10кВ жоғары басындағы жоғары дауысты трансформаторлар үшін виткелер құрылымдары

1.Жаңартылған құрылымдар 10 кВ-классындағы жоғары басындағы жоғары дауысты трансформаторлар үшін

1.1 Аймактық және арналған затталған желтеген құрылым

• Екі U-formeлы ферриттік магниттер біріктіріліп, магниттік ядро модулін құрайды, немесе оларды сериялық/параллельдік модульдерге қосу. Бастапқы және екінші қатарлы бобиналар сәйкесінше ядроның сол және оң түзу аяқтарына орналастырылады, ядроның біріктіру жазықтығы шекаралық катман ретінде қызмет етеді. Сол түрдегі виткалар бір жақта топталады. Жоғары дауысты жыбыту үшін Litz wire пайдаланылады.

• Тек жоғары басындағы витка (немесе бастапқы) эпоксиддік смола мен затталады. Бастапқы және ядро/екінші қатарлы витка арасына PTFE парақ енгізіледі, сондықтан надежді изоляция қамтамасыз етеді. Екінші қатарлы витканың беті изоляцияға арналған қағаз немесе лентамен бөтеледі.

• Виткалар арасындағы желтеу каналдарын (сол және оң аяқтардағы екінші қатарлы виткалар арасында) және магниттік ядролар арасындағы желілерді сақтау арқылы, бұл құрылым жылу айналымын кеңейтеді, содан естіден массаны және құнын азайтады, ал диэлектрикалық қуатты сақтап қойғанда ≥10 кВ изоляция қолданысына ыңғайлы болады.

1.2 Модульді құрылым және землеу Litz wire электр өрісінің корданы

• Жоғары басындағы және төмен басындағы витка модулдері өзара затталып, содан соң ядро модуліне қосылады. Модулдер арасында қалаң түйінділерінің желтеу каналдары сақталады, олар қосу және желтеу үшін, дефектті модулдерін өз-өзінен ауыстыру үшін ыңғайлы болады, бұл техникалық қызмет көрсетуді жақсартады.

• Жоғары басындағы витканың ішкі және сыртқы жақтарына землеу Litz wire негізінде электр өрісінің корданы енгізіледі. Бұл жоғары диэлектрикалық қуатты эпоксиддік смола затталған аймақта жоғары дауысты электр өрісін басқарады, бұл өзара өрістерді азайту үшін чрезмер витка арақашықтығын қажет емес етеді.

• Litz wire корданы бір нүктеде землеу арқылы ашық циклде қалдыратын болса, электр өрісін формаландыруға қатысты, едилік ағысының өсуінен сақтанады. Виткалар мен ядро арасындағы желтеу каналдары сақталады, олар желтеу және қысқарту үшін ыңғайлы болады.

1.3 Бөлік виткалар және электр өрісінің формалануы

• Изолдау бобинаға коаксиалды жабықтар және бөлік ребролар қосылады, бастапқы және екінші қатарлы виткалар “бөлік тобы” түрінде және араласып қояды. Бұл бөлік аралық напряжание градиенттерін және эквивалентті паразитті конденсаторды азайтады, проводимді EMI-ді басқарады және напряжание таралуын теңестіреді.

• Бөліктер саны n және деңгей саны аналитикалық немесе тәжірибелік формулалар арқылы анықталады (мысалы, n = −15.38·lg k₁ − 18.77, мұнда k₁ - бастапқы/екінші қатарлы өздігінің конденсаторы мен аралас конденсаторлардың қатынасының ең төмен мәні), бұл өлшем, құлау индуктивтілік және паразитті конденсатордың оптималды компромиссин жасайды - жоғары қуатты, жоғары басындағы, жоғары дауысты қолданыс үшін идеалды.

1.4 Композит виткалар және интегралды су желтеу

• Ядро екі витка аймакқа бөлінеді. Композит витка ықтималдығы қолданылады: бірінші композит витка (мысалы, бастапқы) ішкі деңгейден сыртқы деңгейге дейін виткаланады, содан соң, екінші аймакта, екінші композит витка (мысалы, екінші қатарлы) сақталған контакттарды пайдаланып кері виткаланады. Бұл бөлік аралықты кеңейтеді және қалдық зарядты азайтады, жоғары басындағы денсаулықты және өмір мезгілін жақсартады.

• Сыртқы ядро қабырғасында желтеу каналдары қосылады, бұл механикалық зиянды азайту үшін желтеу каналдарын интегралдау үшін ыңғайлы болады. Композит изоляция PI/PTFE ламиналары ступенчат түрде орналастырылады, олар адекватті жұлдыздық аралықты және жақсы затталу қолданысын қамтамасыз етеді.

1.5 Жаңа витка технологиялары және жыбыту жолдары

PDQB (Power Differential Quadrature Bridge) витка технологиясы енгізіледі: оптимизацияланған витка топологиясы және орналасуы арқылы, дері және жақындау эффекттері - сондықтан жоғары дауысты жыбытулар - маңызды түрде азайтады. Бұл жоғары басындағы құрылымдар үшін ыңғайлы болады, өйткені оларда 10 кВ изоляция қабілеті, қолданыстағы құлау индуктивтілік, және төмен распределденген конденсатор болады.

2. 10 кВ-классындағы жоғары басындағы жоғары дауысты трансформаторлар үшін жалпы витка құрылымдары

2.1 Негізгі витка құрылымдары және қолданыс сценарилары

• Көптеген деңгейдегі цилиндр: дәлелденген өндіру процесі; аралық изоляция және желтеу каналдарын орнату ыңғайлы; орта-жоғары басындағы үзіліссіз виткалар үшін ыңғайлы.

• Көптеген бөліктердің деңгейлері: көптеген аксиальды бөліктер, олардың арасында изоляция қағазының қабырғалары; аралық напряжание градиенттерін және өріс концентрациясын ыңғайлы түрде азайтады; жоғары басындағы виткаларда өзара өріс азайту үшін жиі қолданылады.

• Үзіліссіз (диск типті): көптеген диск бөліктері аксиальды қатарында орналастырылады; жақсы механикалық қуат және термодинамикалық қасиеттер; жоғары қуатты/жоғары басындағы қолданыс үшін ыңғайлы.

• Екі диск: әр топта екі диск, олар сериялық/параллельдік қосылатын; жоғары ағымды немесе арнайы қолданыс үшін жоғары басындағы виткалар үшін идеалды.

• Спираль: бір/екі/төрт спираль; қарапайым құрылым; жоғары ағымды төмен басындағы виткалар немесе ағымдағы тапсырмалы виткалар үшін ыңғайлы; витка саны шектеулі.

• Алюминиевая фольга цилиндрическая: один виток на слой, используя алюминиевую фольгу; высокая плотность использования пространства и дружественность к автоматизации; подходит для малых и средних ВН обмоток.

Это стандартные структуры ВН обмоток в силовых трансформаторах и часто адаптируются или улучшаются для трансформаторов высокого напряжения и высокой частоты класса 10 кВ для повышения изоляции и тепловой производительности.

2.2 Типичные схемы и процессы размещения обмоток для применения высокого напряжения и высокой частоты

• Концентрическое цилиндрическое (слоистое) расположение: ВН обмотка внутри, НН снаружи (или наоборот); многослойная конструкция с межслойной изоляцией для распределения высоких потенциальных разностей; может использоваться сегментированное расположение для оптимизации распределения электрического поля и характеристик частичных разрядов.

• Сегментация и чередование: ВН обмотка разделена на несколько катушек и расположена в чередующемся/сегментированном порядке, чтобы уменьшить градиент напряжения между слоями и паразитную емкость, подавить проводимые ЭМП и улучшить равномерность напряжения.

• Фарадеевское и электростатическое экранирование: медная фольга или проводящие слои, расположенные между первичной/вторичной обмоткой или вокруг обмоток, заземленные в одной точке, чтобы уменьшить общую емкость и шумы от наводок; экранирование должно соответствовать ширине обмотки и избегать острых кромок, которые могут проколоть изоляцию.

• Оптимизация проводника и плотности тока: предпочтительно использование лitz-провода, многожильных проводников или медной фольги для вторичных обмоток ВН/высокого тока, чтобы подавить эффекты поверхностного и близкого расположения, уменьшить активное сопротивление (Rac) и потери меди; плотность тока (J) и температурный подъем контролируются в пределах окна и норм безопасности.

• Изоляционный и ползучий дизайн: использование барьеров, концевых маржей, закрытых выводов и комбинированной межслойной/межобмоточной изоляции; ползучий путь и зазор проектируются в соответствии с степенью загрязнения и классом напряжения; может применяться вакуумная пропитка/заливка для повышения диэлектрической прочности и теплопроводности.

Эти соображения по размещению и процессам тесно связаны с балансировкой уровня изоляции, паразитных параметров и мощности — ключевые факторы для достижения надежной изоляции 10 кВ в инженерной практике.

2.3 Методы реализации высоковольтного вторичного выхода (сильно зависят от структуры обмотки)

• Ректификация с умножением напряжения: многоступенчатое удвоение напряжения на стороне выпрямителя значительно снижает напряжение и паразитную емкость на каждом этапе обмотки, облегчая проектирование изоляции. Однако это чувствительно к переходным процессам/коротким замыканиям нагрузки и склонно к импульсным токам. На практике обычно используют не более двух ступеней, требуя стратегий ограничения тока и защиты.

• Последовательное/параллельное соединение: вторичная обмотка делится на несколько катушечных пакетов, которые внутренне или после выпрямителя соединяются последовательно/параллельно для достижения желаемого напряжения/мощности. Все пакеты имеют одну магнитную цепь, что облегчает модульное проектирование и балансировку напряжения — идеально для высокомощного выхода.

Оба метода требуют интегрированного проектирования с сегментацией обмотки, экранированием и изоляционными окнами для балансировки напряжения, эффективности, ЭМП и теплового режима.

2.4 Руководство по выбору структур (быстрый справочник для инженеров)

• Приоритетное равномерное распределение электрического поля и контроль частичных разрядов: предпочтительно использовать сегментированные или непрерывные (диск-типа) ВН обмотки, комбинированные с фарадеевским экранированием, концевыми маржами и барьерами; рекомендуется вакуумная пропитка/заливка при необходимости.

• Приоритетное высокое значение тока и низкие потери меди: использование litz-провода или медной фольги для вторичной обмотки; применение чередующегося или сэндвич-вида обмотки внутри для минимизации утечки индуктивности и Rac; усиление внешнего экранирования и изоляции.

• Приоритетное удобство сборки и обслуживания: использование модульных вторичных катушечных пакетов с последовательным/параллельным соединением для легкой балансировки напряжения, тестирования и выявления неисправностей; выбор ректификации с умножением напряжения (≤2 ступени) или последовательного/параллельного соединения на стороне выпрямителя в зависимости от требований к мощности и переходным процессам.