محولات الطاقة - الجهاز ومبدأ التشغيل

عند نقل الكهرباء لمسافات طويلة ، يتم استخدام مبدأ التحويل لتقليل الفاقد. لهذا الغرض ، يتم تغذية الكهرباء المولدة من المولدات إلى محطة المحولات الفرعية. يزيد من اتساع الجهد الداخل إلى خط الطاقة.

الطرف الآخر من خط النقل متصل بإدخال المحطة الفرعية البعيدة. على ذلك ، يتم تقليل الجهد لتوزيع الكهرباء بين المستهلكين.

في كلتا المحطات الفرعية ، تشارك أجهزة إمداد الطاقة الخاصة في تحويل الكهرباء عالية الطاقة:

1. المحولات.

2. المحولات الآلية.

لديهم العديد من الميزات والخصائص المشتركة ، ولكنها تختلف في بعض مبادئ التشغيل. تصف هذه المقالة فقط التصميمات الأولى حيث يكون نقل الكهرباء بين الملفات الفردية بسبب الحث الكهرومغناطيسي. في هذه الحالة ، فإن التوافقيات الحالية والجهدية المتغيرة في السعة تحافظ على تردد التذبذب.

تُستخدم المحولات لتحويل التيار المتردد ذو الجهد المنخفض إلى جهد أعلى (محولات تصعيد) أو جهد أعلى إلى جهد أقل (محولات تنحي). الأكثر انتشارًا هي محولات الطاقة للتطبيقات العامة لخطوط النقل وشبكات التوزيع. يتم بناء محولات الطاقة في معظم الحالات كمحولات تيار ثلاثية الطور.

خصائص الجهاز

يتم تركيب محولات القدرة في الكهرباء على مواقع ثابتة معدة مسبقًا بأساسات قوية. يمكن تثبيت المسارات والبكرات على الأرض.

يظهر في الصورة أدناه منظر عام لأحد أنواع محولات الطاقة العديدة التي تعمل بأنظمة جهد 110/10 كيلو فولت وبطاقة إجمالية تبلغ 10 ميجا فولت أمبير.

يتم تزويد بعض العناصر الفردية لبناءه بالتوقيعات. بمزيد من التفصيل ، يظهر في الرسم ترتيب الأجزاء الرئيسية وترتيبها المتبادل.

يتم وضع المعدات الكهربائية للمحول في غلاف معدني مصنوع على شكل خزان مغلق بغطاء. إنه مملوء بفئة خاصة من زيت المحولات ، والتي لها خصائص عازلة عالية وفي نفس الوقت تستخدم لإزالة الحرارة من الأجزاء المعرضة لأحمال تيار عالية.

يتم تثبيت نواة 9 داخل الخزان ، حيث يتم وضع اللفات ذات اللفات ذات الجهد المنخفض 11 والجهد العالي 10. الجدار الأمامي للمحول هو 8. يتم توصيل أطراف ملف الجهد العالي بالمدخلات التي تمر عبر عوازل البورسلين 2.

يتم أيضًا توصيل اللفات الخاصة بملفات الجهد المنخفض بالأسلاك التي تمر عبر العوازل 3.يتم توصيل الغطاء بالحافة العلوية للخزان ويتم وضع حشية مطاطية بينهما لمنع تسرب الزيت إلى المفصل بين الخزان والغطاء. يتم حفر صفين من الثقوب في جدار الخزان ، ويتم لحام الأنابيب ذات الجدران الرقيقة 7 فيها ، والتي يتدفق الزيت من خلالها.

يوجد على الغطاء مقبض 1. عن طريق تدويره ، يمكنك تبديل لفات ملف الجهد العالي لضبط الجهد تحت الحمل. يتم لحام المشابك بالغطاء ، حيث يتم تركيب خزان 5 ، يسمى الموسع.

يحتوي على مؤشر 4 مع أنبوب زجاجي لمراقبة مستوى الزيت وسدادة بفلتر 6 للتواصل مع الهواء المحيط.يتحرك المحول على بكرات 12 ، تمر محاورها عبر عوارض ملحومة أسفل الخزان .

عندما تتدفق التيارات الكبيرة ، تتعرض لفات المحولات لقوى تميل إلى تشويهها. لزيادة قوة اللفات ، يتم جرحها على أسطوانات عازلة. إذا تم وضع شريط مربع في دائرة ، فلن يتم استخدام مساحة الدائرة بشكل كامل. لذلك ، يتم تصنيع قضبان المحولات بمقطع عرضي متدرج من خلال تجميعها من صفائح ذات عروض مختلفة.

الرسم التخطيطي الهيدروليكي للمحول

تُظهر الصورة تركيبة مبسطة وتفاعل عناصرها الرئيسية.

تستخدم الصمامات الخاصة والمسمار لملء / تصريف الزيت ، وصمام الإغلاق الموجود في أسفل الخزان مصمم لأخذ عينات الزيت ثم إجراء تحليله الكيميائي.

مبادئ التبريد

يحتوي محول الطاقة على دائرتين لتداول الزيت:

1. خارجي.

2. داخلي.

الدائرة الأولى ممثلة بمبرد يتكون من مجمعات علوية وسفلية متصلة بنظام من الأنابيب المعدنية. يمر الزيت الساخن من خلالها ، والذي ، في خطوط التبريد ، يبرد ويعود إلى الخزان.

يمكن عمل دوران الزيت في الخزان:

• بطريقة طبيعية

• اضطر بسبب خلق ضغط في النظام بواسطة المضخات.

في كثير من الأحيان ، يتم زيادة سطح الخزان عن طريق إنشاء تمويجات - ألواح معدنية خاصة تعمل على تحسين نقل الحرارة بين الزيت والجو المحيط.

يمكن أن يتم امتصاص الحرارة من المبرد إلى الغلاف الجوي عن طريق نفخ النظام بواسطة المراوح أو بدونها بسبب الحمل الحراري للهواء. يزيد تدفق الهواء القسري بشكل فعال من إزالة الحرارة من المعدات ، ولكنه يزيد من استهلاك الطاقة لتشغيل النظام. يمكنهم تقليل سمة الحمل للمحول تصل إلى 25٪.

تصل الطاقة الحرارية المنبعثة من المحولات الحديثة عالية الطاقة إلى قيم هائلة. يمكن أن يعزى حجمها إلى حقيقة أنها بدأت الآن ، على حسابها ، في تنفيذ مشاريع لتدفئة المباني الصناعية الواقعة بجوار المحولات التي تعمل باستمرار. يحافظون على ظروف التشغيل المثلى للمعدات ، حتى في فصل الشتاء.

التحكم في مستوى الزيت في المحول

يعتمد التشغيل الموثوق للمحول إلى حد كبير على جودة الزيت الذي يملأ خزانه. في العملية ، يتم تمييز نوعين من الزيت العازل: الزيت الجاف النقي ، الذي يصب في الخزان ، وزيت العمل الموجود في الخزان أثناء تشغيل المحول.

تحدد مواصفات زيت المحولات لزوجته ، حموضته ، ثباته ، رماده ، محتوى الشوائب الميكانيكية ، نقطة الوميض ، نقطة الانسكاب ، الشفافية.

تؤثر أي ظروف تشغيل غير طبيعية للمحول على الفور على جودة الزيت ، وبالتالي فإن التحكم فيه مهم جدًا في تشغيل المحولات. بالتواصل مع الهواء ، يرطب الزيت ويتأكسد. يمكن إزالة الرطوبة من الزيت عن طريق التنظيف باستخدام جهاز طرد مركزي أو مكبس ترشيح.

لا يمكن إزالة الحموضة والانتهاكات الأخرى للخصائص التقنية إلا عن طريق تجديد الزيت في أجهزة خاصة.

تؤدي أعطال المحولات الداخلية مثل عيوب اللف أو عطل العزل أو التسخين الموضعي أو "حريق في الحديد" وما إلى ذلك إلى تغييرات في جودة الزيت.

يتم تدوير الزيت بشكل مستمر في الخزان. تعتمد درجة حرارته على مجموعة كاملة من العوامل المؤثرة. لذلك ، يتغير حجمه طوال الوقت ، ولكن يتم الاحتفاظ به ضمن حدود معينة. يستخدم خزان التمدد للتعويض عن انحرافات حجم الزيت. من الملائم مراقبة المستوى الحالي فيه.

يستخدم مؤشر الزيت لهذا الغرض. يتم تصنيع أبسط الأجهزة وفقًا لمخطط أوعية الاتصالات ذات الجدار الشفاف ، المصنفة مسبقًا بوحدات الحجم.

إن توصيل مقياس الضغط هذا بالتوازي مع خزان التمدد كافٍ لمراقبة العملية. من الناحية العملية ، هناك مؤشرات نفطية أخرى تختلف عن مبدأ العمل هذا.

حماية ضد اختراق الرطوبة

نظرًا لأن الجزء العلوي من خزان التمدد ملامس للغلاف الجوي ، فقد تم تركيب مجفف هواء فيه ، مما يمنع الرطوبة من اختراق الزيت ويقلل من خصائصه العازلة.

الحماية من التلف الداخلي

إنه عنصر مهم في نظام الزيت تتابع الغاز… يتم تثبيته داخل الأنابيب التي تربط خزان المحولات الرئيسي بخزان التمدد. لذلك ، تمر جميع الغازات المنبعثة عند تسخينها بواسطة الزيت والعزل العضوي عبر الحاوية مع العنصر الحساس لترحيل الغاز.

يتم ضبط هذا المستشعر من التشغيل لتكوين غاز صغير جدًا ومسموح به ، ولكن يتم تشغيله عندما يزداد على مرحلتين:

1.إصدار إشارة تحذير ضوئية / صوتية لموظفي الخدمة لحدوث عطل عند الوصول إلى القيمة المحددة للقيمة الأولى ؛

2. لإيقاف قواطع الطاقة من جميع جوانب المحول لتحرير الجهد في حالة حدوث غاز عنيف ، مما يشير إلى بداية عمليات تحلل قوية للزيت والعزل العضوي ، والتي تبدأ بدوائر قصيرة داخل الخزان.

تتمثل الوظيفة الإضافية لترحيل الغاز في مراقبة مستوى الزيت في خزان المحول. عندما تنخفض إلى قيمة حرجة ، يمكن أن تعمل حماية الغاز اعتمادًا على الإعداد:

• إشارة فقط

• لإيقاف تشغيله بإشارة.

حماية ضد تراكم الضغط الطارئ داخل الخزان

يتم تثبيت أنبوب التصريف على غطاء المحول بحيث يتواصل طرفه السفلي مع سعة الخزان ، ويتدفق الزيت من الداخل إلى المستوى الموجود في الموسع. يرتفع الجزء العلوي من الأنبوب فوق الموسع ويتراجع إلى الجانب وينحني قليلاً.يتم إغلاق نهايته بإحكام بواسطة غشاء أمان زجاجي ، والذي ينكسر في حالة حدوث زيادة طارئة في الضغط بسبب حدوث تسخين غير محدد.

يعتمد تصميم آخر لهذه الحماية على تركيب عناصر الصمام التي تفتح عندما يزداد الضغط وتغلق عند تحريرها.

نوع آخر هو حماية السيفون. يعتمد على الضغط السريع للأجنحة مع ارتفاع حاد في الغاز. نتيجة لذلك ، يُطرح القفل الذي يحمل السهم ، والذي يكون في وضعه الطبيعي تحت تأثير زنبرك مضغوط. يكسر السهم المنطلق الغشاء الزجاجي وبالتالي يخفف الضغط.

مخطط اتصال محول الطاقة

يوجد داخل مبيت الخزان:

• هيكل عظمي مع شعاع العلوي والسفلي.

• دائرة مغناطيسية

• لفائف الجهد العالي والمنخفض ؛

• تعديل الفروع المتعرجة.

• صنابير الجهد المنخفض والعالي

• الجزء السفلي من البطانات ذات الجهد العالي والمنخفض.

يعمل الإطار ، جنبًا إلى جنب مع الحزم ، على ربط جميع المكونات ميكانيكيًا.

تصميم داخلي

تعمل الدائرة المغناطيسية على تقليل خسائر التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الملفات. وهي مصنوعة من درجات الصلب الكهربائي باستخدام طريقة التصفيح.

يتدفق تيار الحمل عبر لفات الطور للمحول. يتم اختيار المعادن كمواد لإنتاجها: النحاس أو الألومنيوم بقسم دائري أو مستطيل. تستخدم ماركات خاصة من ورق الكابلات أو خيوط القطن لعزل المنعطفات.

في اللفات متحدة المركز المستخدمة في محولات الطاقة ، يتم عادةً وضع ملف الجهد المنخفض (LV) على القلب ، والذي يحيط به ملف الجهد العالي (HV) من الخارج.هذا الترتيب للملفات ، أولاً ، يجعل من الممكن نقل الملف عالي الجهد من القلب ، وثانيًا ، يسهل الوصول إلى اللفات عالية الجهد أثناء الإصلاح.

من أجل تبريد أفضل للملفات ، يتم ترك القنوات المتكونة عن طريق عزل الفواصل والحشيات بين الملفات بينهما. يدور الزيت عبر هذه القنوات ، والتي عند تسخينها ترتفع ثم تنزل عبر أنابيب الخزان ، حيث يتم تبريدها.

يتم لف الملفات متحدة المركز على شكل أسطوانات موجودة داخل بعضها البعض. بالنسبة للجانب عالي الجهد ، يتم إنشاء لف مستمر أو متعدد الطبقات ، ولجانب الجهد المنخفض ، ملف حلزوني وأسطواني.

يتم وضع لفائف الجهد المنخفض بالقرب من القضيب: وهذا يجعل من السهل عمل طبقة لعزلها. ثم يتم تركيب أسطوانة خاصة عليها ، مما يوفر عزلًا بين جانبي الجهد العالي والمنخفض ، ويتم تثبيت لفائف الجهد العالي عليها.

يتم عرض طريقة التثبيت الموصوفة على الجانب الأيسر من الصورة أدناه ، مع الترتيب المتحد المركز لملفات قضيب المحولات.

يوضح الجانب الأيمن من الصورة كيفية وضع اللفات البديلة ، مفصولة بطبقة عازلة.

من أجل زيادة القوة الكهربائية والميكانيكية لعزل اللفات ، يتم تشريب سطحها بنوع خاص من ورنيش glyphthalic.

لتوصيل اللفات على جانب واحد من الجهد ، يتم استخدام الدوائر التالية:

• النجوم.

• مثلث؛

• متعرج.

في هذه الحالة ، يتم تمييز نهايات كل ملف بأحرف الأبجدية اللاتينية ، كما هو موضح في الجدول.

نوع المحول جانب الملف جهد منخفض جهد متوسط ​​جهد عالي بداية نهاية محايد بداية نهاية محايد بداية نهاية محايدة مرحلة واحدة a x - عند Ht - A x - ملفان ثلاث مراحل a NS 0 - - - A x 0 b Y B Y with G ° C Z ثلاث لفات ثلاث مراحل أ س عند Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z

يتم توصيل أطراف اللفات بالموصلات السفلية المقابلة التي يتم تثبيتها على مسامير عازل البطانة الموجودة على غطاء خزان المحولات.

من أجل إدراك إمكانية ضبط قيمة جهد الخرج ، يتم عمل فروع على اللفات. يظهر أحد متغيرات فروع التحكم في الرسم التخطيطي.

تم تصميم نظام تنظيم الجهد مع القدرة على تغيير القيمة الاسمية في حدود ± 5٪. للقيام بذلك ، أكمل خمس خطوات بنسبة 2.5٪ لكل منها.

بالنسبة لمحولات الطاقة عالية الطاقة ، يتم عادةً إنشاء التنظيم على لف عالي الجهد. يعمل هذا على تبسيط تصميم مفتاح النقر ويسمح بتحسين دقة خصائص الإخراج من خلال توفير المزيد من المنعطفات على هذا الجانب.

في الملفات الأسطوانية متعددة الطبقات ، تصنع الفروع المنظمة على السطح الخارجي للطبقة في نهاية الملف وتقع بشكل متماثل على نفس الارتفاع بالنسبة للنير.

بالنسبة للمشاريع الفردية للمحولات ، يتم عمل الفروع في الجزء الأوسط. عند استخدام دائرة عكسية ، يتم عمل نصف الملف بالملف الأيمن والآخر بالملف الأيسر.

يتم استخدام مفتاح ثلاثي الأطوار لتبديل الصنابير.

يحتوي على نظام من جهات الاتصال الثابتة ، والتي ترتبط بفروع الملفات ، والأخرى المنقولة ، والتي تقوم بتبديل الدائرة ، مما يؤدي إلى إنشاء دوائر كهربائية مختلفة ذات ملامسات ثابتة.

إذا تم عمل الفروع بالقرب من نقطة الصفر ، فإن مفتاحًا واحدًا يتحكم في تشغيل جميع المراحل الثلاث في وقت واحد. يمكن القيام بذلك لأن الجهد بين الأجزاء الفردية للمفتاح لا يتجاوز 10٪ من القيمة الخطية.

عندما يتم عمل الصنابير في الجزء الأوسط من الملف ، يتم استخدام مفتاح فردي خاص به لكل مرحلة.

طرق ضبط جهد الخرج

هناك نوعان من المفاتيح التي تسمح لك بتغيير عدد المنعطفات على كل ملف:

1. مع تخفيض الحمولة ؛

2. تحت الحمل.

تستغرق الطريقة الأولى وقتًا أطول حتى تكتمل وهي غير شائعة.

يتيح تبديل الحمل إدارة أسهل للشبكات الكهربائية من خلال توفير طاقة غير منقطعة للمستهلكين المتصلين. ولكن للقيام بذلك ، يجب أن يكون لديك تصميم معقد للمفتاح ، وهو مزود بوظائف إضافية:

• إجراء انتقالات بين الفروع دون انقطاع تيارات الحمل عن طريق توصيل جهتي اتصال متجاورتين أثناء التبديل ؛

• الحد من تيار الدائرة القصيرة داخل الملف بين الصنابير المتصلة أثناء تشغيلها المتزامن.

الحل التقني لهذه المشاكل هو إنشاء أجهزة تبديل تعمل بالتحكم عن بعد ، باستخدام مفاعلات ومقاومات مقيدة للتيار.

في الصورة الموضحة في بداية المقال ، يستخدم محول الطاقة الضبط التلقائي لجهد الخرج تحت الحمل عن طريق إنشاء تصميم AVR يجمع بين دائرة الترحيل للتحكم في محرك كهربائي مع مشغل وموصلات.

مبدأ وطرق العملية

يعتمد تشغيل محول الطاقة على نفس القوانين الموجودة في أحد المحولات التقليدية:

• يؤدي التيار الكهربائي الذي يمر عبر ملف الإدخال مع توافقي متغير بمرور الوقت للتذبذبات إلى مجال مغناطيسي متغير داخل الدائرة المغناطيسية.

• يؤدي التدفق المغناطيسي المتغير الذي يخترق لفات الملف الثاني إلى وجود EMF فيها.

أساليب عملها

أثناء التشغيل والاختبار ، قد يكون محول الطاقة في وضع التشغيل أو الطوارئ.

تم إنشاء طريقة التشغيل عن طريق توصيل مصدر جهد بالملف الأساسي والحمل بالملف الثانوي. في هذه الحالة ، يجب ألا تتجاوز قيمة التيار في اللفات القيم المحسوبة المسموح بها. في هذا الوضع ، يجب أن يزود محول الطاقة جميع المستهلكين المتصلين به لفترة طويلة وبشكل موثوق.

البديل من وضع التشغيل هو اختبارات عدم التحميل والدائرة القصيرة للتحقق من الخصائص الكهربائية.

لا يوجد حمل يتم إنشاؤه عن طريق فتح الدائرة الثانوية لإيقاف تدفق التيار فيها. يتم استخدامه لتحديد:

• كفاءة؛

• عامل التحول

• الخسائر في الفولاذ بسبب مغنطة اللب.

يتم إنشاء محاولة ماس كهربائى عن طريق ماس كهربائى أطراف الملف الثانوي ، ولكن بجهد أقل من الواقع عند دخل المحول إلى قيمة قادرة على إنشاء تيار مصنّف ثانوي دون تجاوزه.تستخدم هذه الطريقة لتحديد خسائر النحاس.

بالنسبة لأوضاع الطوارئ ، يتضمن المحول أي انتهاكات لتشغيله ، مما يؤدي إلى انحراف معلمات التشغيل خارج حدود قيمها المسموح بها. تعتبر دائرة القصر داخل اللفات خطيرة بشكل خاص.

تؤدي أوضاع الطوارئ إلى حرائق المعدات الكهربائية وتطور عواقب لا رجعة فيها. هم قادرون على إحداث أضرار جسيمة لنظام الطاقة.

لذلك ، من أجل منع مثل هذه المواقف ، تم تجهيز جميع محولات الطاقة بأجهزة تلقائية ووقائية وإشارات ، والتي تم تصميمها للحفاظ على التشغيل العادي للحلقة الأولية وفصلها بسرعة من جميع الجوانب في حالة حدوث عطل.