变压器是利用电磁感应原理来改变交流电压的静止装置,其主要构件是一次线圈、二次线圈和铁芯。变压器的主要功能有:电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等,按用途可以分为:电力变压器和特殊变压器。
一、电力变压器的主要技术参数
1、额定容量SN
变压器的额定容量是指分接开关位于主分接,铭牌所规定的额定工作状态(额定电压、额定频率、额定使用条件)下变压器的视在功率。单位为KVA。
单相变压器 SN=UN2*IN2
三相变压器 SN=√3UN2*IN2
2、额定电压UN1和UN2
一次额定电压UN1等于电网额定电压,二次额定电压UN2等于一次侧加上额定电压时,二次侧测得的空载电压值。
三相变压器的一、二次额定电压都是指的线电压。
额定电压比是指空载状态下,一次侧额定电压与二次侧额定电压之比。
3、额定电流IN1和IN2
变压器一、二次额定电流是指额定电压和额定环境温度下,一、二次绕组长期允许通过的线电流。
单相变压器 IN1=SN1/UN1
IN2=SN2/UN2
三相变压器 IN1=SN1/√3UN1
IN2=SN2/√3UN2
4、阻抗电压
阻抗电压也称短路电压。即把变压器二次绕组短路,在一次绕组上慢慢升高电压,当短路电流等于额定电流时一次侧所施加的电压。
阻抗电压相等是两台变压器并列运行的条件之一,短路电压值的大小是计算短路电流选择继电保护特性的依据。
5、空载电流I0
当变压器二次侧开路,一次侧施加额定电压时流过一次绕组的电流为空载电流。空载电流的大小取决于变压器的容量,磁路结构和硅钢片质量等。一般配电变压器的空载电流为一次额定电流的3%~8%。
6、空载损耗P0
指变压器二次开路,一次施加额定电压时变压器损耗的功率。它包括激磁损耗和涡流损耗。大小与变压器制造工艺和外加电压有关,与负载大小无关。
7、短路损耗Pk
指变压器二次侧短接,一次绕组通过额定电流时,变压器所消耗的功率。它能够反映变压器经济性能的优劣。
8、温升
国家规定变压器上层油面温升的极限值为55℃,为了不使变压器油迅速老化变质,规定变压器上层油面温度一般不得超过85℃。
9、连接组别
指变压器高低、压绕组的连接方法和以时钟序数表示的相对位移的通用标号。
变压器三相绕组有星形连接、三角形连接和曲线连接,高压绕组分别用Y、D、Z表示,低压绕组分别用y、d、z表示,有中性点引出时则分别用YN、ZN和yn、zn表示。
我国生产的变压器高压绕组不用Z连接,为了便于生产管理和简化运行,常选取下面五种作为标准连接组:Yyn0 Yd11 YNd11 Yy0 YNy0。
二次电压为400/230V的变压器接线组别通常采用Yyn0,以三线四线制方式供低压动力和照明使用。防雷变压器接线组别通常采用Yzn 11。
二、电力变压器各部件的作用
1、铁芯
铁芯是电力变压器最基本的组成部分之一,是“磁”的通路,并且起绕组骨架的作用,变压器一二次绕组都绕在铁芯上,铁芯上套着绕组的部分称为铁柱,不套绕组而用作连接芯、柱,以构成闭合磁路的部分称为铁轭。由于变压器铁芯内的磁路是交变的,故会产生磁滞损耗和涡流损耗。为减少这些损耗,变压器铁芯常用厚度为0.3~0.5mm的硅钢片,在表面涂0.01~0.13mm厚的绝缘漆,烘干后按一定规则叠装而成。
2、高低压绕组
绕组是变压器最基本组成部分之一,与铁芯合成电力变压器本体,是建立磁场和传输电能的电路部分,是变压器“电”的通路。
按高低压绕组相互排列位置不同,可分为同心式和交叠式两种。
1)同心式绕组
把一二次绕组分别绕成直径不同的圆筒形线圈,装在铁芯柱上,高低压绕组之间用绝缘材料相互隔开,为方便高压绕组抽引接头,一般将低压绕组放在里面,高压绕组套在外面。但输出电流很大的大容量电力变压器,低压绕组引出线的工艺复杂,往往把低压绕组放在高压绕组外面。
2)交叠式绕组
又称交错式绕组,在同一铁芯柱上高压绕组、低压绕组交替排列,间隙较多,绝缘复杂,包扎工作量大。其优点是机械性能较好,引出线的布置和焊接比较方便,漏电抗较小。常用于低电压、大电流的变压器(如电炉变压器、电焊变压器等)。
3、分接开关
分接开关又称调压开关,是变压器高压绕组改变抽头位置的装置,调节分接开关位置,可以增加或减少一次绕组部分匝数,以改变电压比,使输出电压得到调整,分接开关又分为有载调压和无载调压两种。
1)无载调压
又称无励磁调压,是变压器一二次绕组均与网络断开的情况下,变换一二次绕组匝数的方法进行分级调压。小容量变压器分接开关一般有三个位置,II位置相当于额定电压,系统电压过高时,将分接开关调到I位置,系统电压过低时,将分接开关调到III位置。即“高往高调,低往低调”。
2)有载调压
是变压器带负载运行中,在负载电流下,变换一次或二次绕组的分接,改变其匝数,进行分级调压。有载调压分接开关,在变换分接头过程中,可采用电抗和电阻过渡,以限制其过渡时的循环电流。
4)气体继电器
又称瓦斯继电器,作为变压器内部故障的一种保护装置,安装在油箱和油枕的连接管中间。气体继电器与控制电路联通,构成瓦斯保护装置。气体继电器上接点与轻瓦斯信号构成一个单独回路,下接点连接外电路构成重瓦斯保护。重瓦斯动作使断路器掉闸并发出重瓦斯动作信号。
规程规定凡容量为800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的厂用变压器均应装气体继电器。
5、防爆管
是当变压器内部发生故障时,防止变压器变形而装设的一种保护装置,故又称安全气道,装于变压器的大盖上,有一个喇叭形管子与大气相通,管口用薄膜玻璃板或酚醛纸板封住。
6、油枕
是变压器运行中补油及储油的装置,装在油箱的斜上方,有油管和油箱相通。当变压器油的体积随油温变化而热胀冷缩时,油箱内始终可以充满绝缘油,以减少油与空气的接触面,防止油被过快氧化和受潮。通常油枕的容积为变压器油箱容积的1/10,在油枕一侧装有油位指示器(油标管),用来监视油位变化,油枕的上方装有注油孔和出气瓣。
7、呼吸器
又叫吸潮器,为防止空气中的水分进入油枕,油枕通过一个呼吸器与大气相通。呼吸器内装有硅胶,硅胶内部干燥剂吸收空气中的水分和杂质,以保持变压器内绝缘油的良好绝缘性能。呼吸器内的硅胶一般采用变色硅胶,在干燥的情况下呈浅蓝色,当吸潮达到饱状态时渐渐变为淡红色,这时可将硅胶取出,在120~160℃的高温下,烘干变成蓝色便可继续使用。
8、冷却装置
油浸式电力变压器的冷却装置,包括散热器和冷却器,不带强油循环的称为散热器,带强油循环的称称为冷却器。
散热器由装在变压器油箱四周的散热管或散热片组成,变压器运行时,上下层油温的温差通过散热器促成油循环,使变压器芯子周围的高温油,通过散热器冷却后再回到油箱内,起到了降低变压器运行温度的作用。
9、温度计
是监视变压器运行温度的表计,一般都把测温点放在油的上层。常用的温度计有水银式、气压式和电阻式。
1000KVA以下的油浸式变压器,只装水银温度计;1000KVA及以上的油浸变压器须安装带报警信号的温度计,强迫油循环冷却的变压器须安装两个;8000KVA及以上的油浸式变压器需装设远距离测温用的测温元件,即电阻温度计,强迫油循环冷却的变压器须安装两个。
10、高低压绝缘套管
是变压器箱外的主要绝缘装置,大部分变压器采用瓷质绝缘套管。干式变压器的绝缘套管采用树脂浇注成型。变压器通过高低压绝缘套管,把变压器高低压绕组的引线从油箱内引至箱外,高低压绝缘套管是变压器绕组对地(外壳和铁芯)的绝缘,并且还是固定引线和外接线路的主要部件。
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