Ein Unterstationstransformator ist eine entscheidende Komponente im elektrischen Stromversorgungssystem und spielt eine wichtige Rolle bei der Aufstockung oder Abnahme der Spannungsniveaus, um eine effiziente und sichere Stromübertragung und -verteilung sicherzustellen. Als führender Anbieter von Umspannwerkstoffen freue ich mich, Ihnen mitzuteilen, wie diese bemerkenswerten Geräte funktionieren.
Das Grundprinzip eines Transformators
Das Herzstück eines Umspanntransformators liegt das Prinzip der elektromagnetischen Induktion, das 1831 von Michael Faraday entdeckt wurde. Nach diesem Prinzip kann ein sich ändernes Magnetfeld eine elektromotive Kraft (EMF) in einem nahe gelegenen Leiter induzieren. In einem Transformator wird dieses Prinzip verwendet, um die elektrische Energie von einer Schaltung durch ein Magnetfeld ohne direkte elektrische Verbindung zwischen den beiden Schaltungen auf eine andere zu übertragen.
Ein Transformator besteht aus zwei oder mehr Drahtspulen, die als Wicklungen bezeichnet werden und die um einen gemeinsamen Kern aus einem magnetischen Material wie Eisen gewickelt sind. Die mit der Stromquelle verbundene Wicklung wird als primäre Wicklung bezeichnet, während die mit der Last verbundene Wicklung als sekundäre Wicklung bezeichnet wird. Wenn ein alternierender Strom (AC) durch die primäre Wicklung fließt, entsteht ein sich ändernder Magnetfeld im Kern. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziert dann eine EMF in der sekundären Wicklung, wodurch ein abwechselnder Strom in der Sekundärschaltung fließt.
Schritt nach oben und treten Sie Transformatoren ab.
Umstationstransformatoren können basierend auf ihrer Funktion in Schritt -up -Transformatoren und Schritt -Down -Transformatoren eingeteilt werden.
Schritt nach oben Transformatoren
In einer Stromerzeugungsanlage wird der Strom typischerweise bei einer relativ niedrigen Spannung erzeugt, normalerweise im Bereich von 11 kV bis 33 kV. Für eine lange Distanzstromübertragung ist es jedoch effizienter, Strom bei hohen Spannungen zu übertragen, typischerweise im Bereich von 110 kV auf 765 kV. Dies liegt daran, dass der Stromverlust in einer Übertragungsleitung proportional zum Quadrat des durch ihn fließenden Stroms ist (p = i²r, wobei P der Stromverlust ist, I der Strom und R der Widerstand der Linie). Durch Erhöhen der Spannung und Verringerung des Stroms kann der Stromverlust erheblich reduziert werden.
Ein Schritt -up -Transformator wird verwendet, um die Spannung von der Generatorspannung auf die Transmissionsspannung zu erhöhen. Die Anzahl der Kurven in der sekundären Wicklung eines Schritt -Up -Transformators ist größer als die Anzahl der Kurven in der Primärwicklung. Gemäß der Transformatorgleichung sind V₁/V₂ = n₁/n₂, wobei V₁ und V₂ die Spannungen in der Primär- und Sekundärwicklungen sind, und N₁ und N₂ sind die Anzahl der Kurven in der Primär- und Sekundärwicklungen. Also, wenn n₂> n₁, v₂> v₁.
Schritt - Down -Transformatoren
Am empfangenden Ende der Übertragungsleitung muss der hohe Spannungsstrom auf eine niedrigere Spannung für die Verteilung an die Verbraucher zurückgeführt werden. Die Spannung wird zunächst von der Transmissionsspannung zu einer Sub -Transmissionsspannung (z. Anschließend wird die Spannung bei einer Verteilungsumspannung weiter auf eine Nutzungsspannung zurückgeführt, z.
Ein Schritt -Down -Transformator hat weniger Kurven in der sekundären Wicklung als in der primären Wicklung. Verwenden Sie erneut die Transformatorgleichung, wenn n₂ <n₁ <n₁, v₂ <v₁.
Komponenten eines Unterstationstransformators
Ein Unterstationstransformator ist ein komplexes Gerät, das aus mehreren Schlüsselkomponenten besteht:
Kern
Der Kern besteht aus einem magnetischen Material, normalerweise laminierten Siliziumstahlblättern. Die Laminierung des Kerns hilft, Wirbelstromverluste zu reduzieren, die durch die im Kern zirkulierenden induzierten Ströme verursacht werden. Der Kern liefert einen niedrigen Reluktanzpfad für den magnetischen Fluss und gewährleistet eine effiziente Energieübertragung zwischen der primären und sekundären Wicklungen.
Wicklungen
Die Wicklungen bestehen aus hohen Kupfer- oder Aluminiumleittern mit hoher Leitfähigkeit. Sie sind sorgfältig entworfen und isoliert, um den Hochspannungen und Strömungen standzuhalten. Die primären und sekundären Wicklungen werden in einer bestimmten Konfiguration um den Kern gewickelt, um das gewünschte Spannungstransformationsverhältnis zu erreichen.
Tank
Die Transformatorwicklungen und der Kern sind in einen mit Isolieröl gefüllten Tank eingetaucht. Das Isolieröl dient zwei Hauptzwecken: Es liefert eine elektrische Isolierung zwischen den Wicklungen und dem Kern und hilft, die während des Betriebs des Transformators erzeugte Wärme abzuleiten. Der Tank besteht in der Regel aus Stahl und ist als Leck zu sein - Proof.
Kühlsystem
Während des Betriebs erzeugt ein Transformator aufgrund der Verluste in den Wicklungen und im Kern Wärme. Um eine Überhitzung zu verhindern, ist ein Kühlsystem erforderlich. Es gibt verschiedene Arten von Kühlsystemen, einschließlich Öl - natürlicher Luft - natürlich (Onan), Öl - Naturluft - erzwungen (ONAF), Öl - erzwungene Luft - erzwungen (OFAF) und Öl - erzwungenes Wasser - erzwungen (OFWF). Die Wahl des Kühlsystems hängt von der Größe und der Bewertung des Transformators ab.
Tap Changer
Mit einem TAP -Wechsler wird das Spannungsverhältnis des Transformators eingestellt. Es ermöglicht eine feine Abstimmung der Ausgangsspannung, um Schwankungen in der Eingangsspannung oder Änderungen in der Last zu kompensieren. Es gibt zwei Arten von Tap -Changern: Ein - laden TAP Changer (OLTC) und Off - Last -Tap -Changer (OLTC). Ein Lastveränderer können betätigt werden, während der Transformator mit Energie versorgt wird, während ausgeschaltet - Lastveränderer erfordern, dass der Transformator für die Einstellung de - mit Energie versorgt wird.
Der Arbeitsprozess eines Umspannwerks -Transformators
Wenn die primäre Wicklung eines Umspannwerkstransformators mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, fließt ein abwechselnder Strom durch die primäre Wicklung. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld im Kern, das in Größe und Richtung mit der Frequenz der Wechselstromversorgung variiert.
Das sich ändernde Magnetfeld im Kern führt nach dem Faraday -Gesetz der elektromagnetischen Induktion eine EMK in der sekundären Wicklung. Die Größe der induzierten EMF in der sekundären Wicklung hängt von der Anzahl der Kurven in der sekundären Wicklung, der Änderungsrate des magnetischen Flusses und den magnetischen Eigenschaften des Kerns ab.
Wenn die sekundäre Wicklung an eine Last angeschlossen ist, führt die induzierte EMF zu einem abwechselnden Strom in der Sekundärschaltung. Die vom Primärkreis auf den Sekundärschaltungs übertragene Leistung wird durch p₁ = p₂ (Vernachlässigung von Verlusten) angegeben, wobei P₁ die Leistung im Primärkreis und P₂ die Leistung im Sekundärschaltung ist. Da P = VI, wenn die Spannung in der sekundären Wicklung aufgetreten ist, wird der Strom in der sekundären Wicklung proportional reduziert und umgekehrt.
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Referenzen
- Elektrische Stromversorgungssysteme: Analyse und Kontrolle von Claudio A. Cañizares
- Stromversandtechnik von Nagrath und Kothari
- Transformers: Design, Technologie und Anwendung von Badrul H. Chowdhury