Transformatory mocy: znamionowe tryby pracy i wartości

Nominalny tryb pracy

Znamionowym trybem pracy transformatora jest tryb, dla którego transformator został zaprojektowany przez producenta. Warunkiem warunkującym nominalny tryb pracy transformatora są: znamionowe napięcie, moc, prądy i częstotliwość podane na jego tabliczce znamionowej oraz znamionowe warunki czynnika chłodzącego.

Napięcie znamionowe uzwojeń

Napięcia znamionowe uzwojeń transformatora to napięcia, przy których są one przeznaczone do normalnej pracy. W przypadku transformatorów obniżających napięcie znamionowe uzwojeń pierwotnych są równe napięciom znamionowym odpowiednich sieci elektrycznych, tj. odbiorniki elektryczne.

W przypadku transformatorów podwyższających i obniżających napięcie podłączonych bezpośrednio do szyn zbiorczych lub zacisków generatora, napięcia znamionowe uzwojeń pierwotnych są o 5% wyższe niż napięcia znamionowe odpowiednich sieci.W uzwojeniach wtórnych znamionowe jest napięcie fazowe uzyskiwane na zaciskach uzwojeń wtórnych transformatora, gdy jest on bez obciążenia i gdy znamionowe napięcie pierwotne jest przyłożone do zacisków uzwojenia pierwotnego.

Przekroczenie napięcia podawanego na zaciski wyjścia głównego lub dowolnej gałęzi uzwojenia pierwotnego jest dopuszczalne nie więcej niż + 5% napięcia podanego na tabliczce znamionowej transformatora dla wyjścia głównego lub dla tej gałęzi.

Siła znamionowa

Moc znamionowa transformatora to moc, przy której transformator może być obciążany w sposób ciągły przez cały okres jego eksploatacji, zwykle przyjmuje się, że jest to przedział 20-25 lat.

Moc znamionowa transformatora jest związana z warunkami temperaturowymi, to znaczy zależy od dopuszczalnej temperatury nagrzewania jego uzwojeń, warunków chłodzenia transformatora itp. Przyjrzyjmy się bliżej tym warunkom temperaturowym.

Większość transformatorów jest chłodzona olejem (transformatory „olejowe”). W takich transformatorach rdzenie magnetyczne wraz z uzwojeniami umieszczone są w stalowych zbiornikach wypełnionych olejem transformatorowym, będącym mineralnym olejem izolacyjnym otrzymywanym z ropy naftowej. Ciepło wydzielające się w uzwojeniach i rdzeniu magnetycznym transformatora podczas jego pracy przekazywane jest za pomocą oleju do czynnika chłodzącego transformator - powietrza (chłodzenie powietrzem) lub wody (chłodzenie wodą).

Dla transformatorów olejowych chłodzonych powietrzem instalowanych w miejscach, gdzie najwyższa temperatura powietrza osiąga +35°C, średni przyrost temperatury uzwojeń powyżej temperatury powietrza nie powinien przekraczać +70°C (mierzony metodą rezystancyjną).W przypadku transformatorów domowych wzrost temperatury uzwojeń równy + 70 ° C odpowiada ich nominalnemu obciążeniu. Przy temperaturze powietrza + 35 ° C średnia temperatura nagrzewania uzwojeń transformatora wynosi 70 ° + 35 ° = 105 ° C.

Jeśli podczas pracy temperatura nagrzewania uzwojeń transformatora jest stale utrzymywana na poziomie + 105 ° C, to, jak pokazują badania producentów, jego żywotność nie przekroczy kilku lat. Jednak przy obciążeniu znamionowym transformatora temperatura nagrzewania uzwojeń + 105 ° C będzie stała tylko wtedy, gdy temperatura powietrza będzie stała, równa + 35 ° C.

W rzeczywistości temperatura otaczającego powietrza nigdy nie jest stała, ale zmienia się zarówno w ciągu dnia, jak iw ciągu roku, dlatego temperatura nagrzewania uzwojeń transformatora waha się w zakresie od + 105 ° C do nieco niższej wartości. W naturalny sposób wydłuża to żywotność transformatora. Dlatego przez ww. maksymalną temperaturę uzwojenia +105°C należy rozumieć górną granicę średniej temperatury mierzonej rezystancją, dopuszczalnej dla bezpiecznej pracy transformatora przez kilka godzin na dobę w ciągu tych stosunkowo nielicznych dni, w których temperatura otoczenia osiąga maksimum + 35 ° C.

W transformatorach bez wymuszonego obiegu oleju największy wzrost temperatury górnych warstw oleju (na pokrywie) powyżej temperatury otoczenia nie powinien przekraczać 60°C. Przy temperaturze otoczenia +35°C odpowiada to najbardziej zaobserwowana (za pomocą termometru) temperatura oleju + 95°C.W przypadku transformatorów z wymuszonym obiegiem oleju, np. z chłodzeniem olejowo-wodnym, dopuszczalna temperatura oleju na wlocie do chłodnicy oleju nie może być wyższa niż 70°C. W przypadku transformatorów z chłodzeniem olejowo-powietrznym maksymalną dopuszczalną temperaturę oleju określa się z wytwórca.

W związku z tym przez moc znamionową transformatora należy rozumieć moc, do jakiej może być trwale obciążony transformator zainstalowany na zewnątrz, w nominalnych warunkach temperaturowych czynnika chłodzącego, przy chłodzeniu powietrzem, definiowana jako temperatura powietrza zmieniająca się naturalnie w ciągu roku. W przypadku innych rodzajów chłodzenia nominalne warunki temperaturowe czynnika chłodzącego określają producenci transformatorów.

Należy pamiętać, że wcześniej moc znamionowa transformatorów instalowanych na zewnątrz była przeliczana w zależności od średniej rocznej temperatury powietrza chłodzącego. W wyniku przeliczenia, przy średniej rocznej temperaturze otoczenia niższej niż + 5 ° C, moc znamionowa transformatora wzrasta, a przy średniej rocznej temperaturze powyżej + 5 ° C wręcz przeciwnie, maleje.

Badania wpływu lepkości oleju na chłodzenie transformatorów pokazują, że takie przeliczanie nie jest konieczne, gdyż przy niskiej temperaturze powietrza lepkość oleju wzrasta, w wyniku czego pogarsza się przenoszenie ciepła z uzwojeń, a przy podwyższonej temperaturze powietrza wręcz przeciwnie, lepkość oleju maleje, a przenoszenie ciepła z uzwojeń transformatora wzrasta.

Poza instalacjami zewnętrznymi transformatory chłodzone powietrzem często umieszczane są w zamkniętych nieogrzewanych pomieszczeniach — komorach, w których zwykle zapewniona jest wentylacja naturalna z doprowadzeniem zimnego powietrza i usuwaniem ogrzanego powietrza przez specjalne otwory wentylacyjne w dolnej i górnej części odpowiednio komorę. Pomimo wentylacji warunki chłodzenia transformatorów w komorach są nadal gorsze niż tych zainstalowanych na zewnątrz, co nieco skraca ich żywotność. Jednak transformatory zainstalowane w komorach z naturalną wentylacją mogą być ładowane w sposób ciągły mocą znamionową przy średniej rocznej temperaturze powietrza w komorze do 20°C.

Prądy znamionowe uzwojenia pierwotnego i wtórnego transformatora nazywane są prądami określonymi przez moce znamionowe odpowiednich uzwojeń.

Pod obciążeniem znamionowym rozumie się obciążenie równe prądowi znamionowemu.

W trybie pracy transformatora bez przeciążenia w dowolnym położeniu przełącznika, a także dla dowolnych wartości napięcia dostarczanego do uzwojenia pierwotnego (ale nie wyższych niż + 5% wartości napięcia tego zaczepu), uzwojenie wtórne transformatora może być obciążone nie wyżej niż prąd znamionowy.