Свойства трансформатора: основные параметры и характеристики силовых трансформаторов

Каковы основные параметры силовых трансформаторов. Как определяются рабочие характеристики трансформатора. Какие свойства важны для эффективной работы трансформатора.

Основные параметры силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы характеризуются рядом важных параметров, определяющих их рабочие свойства и эксплуатационные характеристики:

• Номинальная мощность
• Номинальные напряжения первичной и вторичной обмоток
• Коэффициент трансформации
• Ток холостого хода
• Напряжение короткого замыкания
• Потери холостого хода и короткого замыкания
• КПД

Рассмотрим подробнее некоторые ключевые параметры трансформаторов.

Номинальная мощность трансформатора

Номинальная мощность — это один из важнейших параметров трансформатора. Как определяется номинальная мощность трансформатора?

Номинальная мощность трансформатора — это мощность, на которую он рассчитан для длительной нормальной работы. Она измеряется в вольт-амперах (ВА) или киловольт-амперах (кВА). Номинальная мощность указывается в паспорте трансформатора.

От номинальной мощности зависят габариты и масса трансформатора. Чем выше мощность, тем больше размеры магнитопровода и обмоток.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации — это отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. Как определить коэффициент трансформации?

Коэффициент трансформации можно рассчитать по формуле:

K = w1 / w2 = U1 / U2 = I2 / I1

где w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток, U1 и U2 — напряжения на обмотках, I1 и I2 — токи в обмотках.

Коэффициент трансформации показывает, во сколько раз изменяется напряжение при трансформации.

Ток холостого хода трансформатора

Ток холостого хода — это ток, протекающий по первичной обмотке трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. Какие свойства трансформатора характеризует ток холостого хода?

Ток холостого хода характеризует:

• Качество магнитопровода
• Потери в стали магнитопровода
• Намагничивающую силу, необходимую для создания магнитного потока

Обычно ток холостого хода составляет 0,5-3% от номинального тока трансформатора. Чем меньше ток холостого хода, тем экономичнее работает трансформатор.

Напряжение короткого замыкания трансформатора

Напряжение короткого замыкания — это напряжение, которое нужно подвести к первичной обмотке трансформатора при замкнутой накоротко вторичной, чтобы в обмотках протекали номинальные токи. Какое значение имеет напряжение короткого замыкания?

Напряжение короткого замыкания характеризует:

• Рассеяние магнитного поля трансформатора
• Падение напряжения при нагрузке
• Ток короткого замыкания

Обычно напряжение короткого замыкания составляет 4-12% от номинального напряжения. Чем оно меньше, тем лучше регулирование напряжения трансформатора под нагрузкой.

КПД трансформатора

КПД трансформатора — это отношение активной мощности на выходе к активной мощности на входе. Как рассчитать КПД трансформатора?

КПД трансформатора определяется по формуле:

η = P2 / P1 = P2 / (P2 + ΔP)

где P2 — мощность на выходе, P1 — мощность на входе, ΔP — суммарные потери в трансформаторе.

КПД современных силовых трансформаторов достигает 98-99%. КПД зависит от нагрузки, достигая максимума при нагрузке 0,5-0,7 от номинальной.

Потери в трансформаторе

В трансформаторе имеют место два основных вида потерь мощности:

• Потери холостого хода (в стали)
• Потери короткого замыкания (в меди обмоток)

Потери холостого хода постоянны и не зависят от нагрузки. Потери короткого замыкания пропорциональны квадрату тока нагрузки.

Снижение потерь позволяет повысить КПД трансформатора и его экономичность.

Характеристики трансформатора

Основными характеристиками трансформатора являются:

• Внешняя характеристика
• Характеристика холостого хода
• Характеристика короткого замыкания
• Рабочие характеристики

Внешняя характеристика показывает зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки. Рабочие характеристики отражают изменение параметров трансформатора при изменении нагрузки.

Способы определения параметров трансформатора

Основные параметры трансформатора можно определить следующими способами:

• Опыт холостого хода
• Опыт короткого замыкания
• Измерения под нагрузкой
• Расчетным путем

Опыт холостого хода позволяет определить ток холостого хода, потери в стали, коэффициент трансформации. Опыт короткого замыкания дает возможность найти напряжение короткого замыкания, потери в обмотках.

Выводы

Таким образом, основные параметры силовых трансформаторов характеризуют их конструкцию, рабочие свойства и эффективность. Знание этих параметров и характеристик необходимо для правильного выбора, эксплуатации и диагностики состояния трансформаторов. Определение параметров проводится как расчетным путем, так и экспериментально в ходе испытаний трансформаторов.

1.1.2. Основные параметры трансформатора

Рабочие параметры трансформатора могут быть определены при работе под нагрузкой. Однако при этом расходуется много электроэнергии и не обеспечиваются необходимая точность результатов измерений.

Некоторые рабочие параметры могут быть определены по данным опыта холостого хода и короткого замыкания.

При опыте холостого хода измеряются ,,и мощность. Определяются:

1) коэффициент трансформации

;

2) потери в стали (потери на гистерезис и вихревые токи) с помощью ваттметра

;

3) сопротивления трансформатора при холостом ходе

При опыте короткого замыкания измеряются напряжение короткого замыкания на первичной обмотке (при этоми). Мощность, потребляемая трансформатором при опыте короткого замыкания (ваттметром).

Определяются:

1) потери в проводах обмотки (в меди) , так как потери в стали пренебрежимо малы вследствие малостимагнитного потока;

2) полное, активное и индуктивное сопротивление короткого замыкания

3) полная отдаваемая мощность (номинальная) указывается в паспорте трансформатора и на щитке

; (1. 2.1)

4) полная потребляемая мощность

; (1.2.2)

5) активная потребляемая мощность

.. (1.2.3)

Эффективность передачи энергии через трансформатор характеризуется его КПД, то есть отношением активной мощности, отдаваемой в нагрузку к активной мощности, потребляемой из сети:

. (1.2.4)

В выпрямительных трансформаторах за счет протекания постоянной составляющей тока по вторичным обмоткам . Магнитопровод выпрямительного трансформатора выбирают по типовой (габаритной) мощности:

, (1.2.5)

где N  число обмоток трансформатора.

Из-за постоянного подмагничивания изменение напряженности магнитного поля происходит на нелинейном участке зависимости , что приводит к значительным искажениямH и U₂. Влияние постоянного подмагничивания можно уменьшить, если включить две вторичные обмотки таким образом, чтобы постоянные составляющие протекающих по ним токов имели противоположное направление, в этом случае постоянные магнитные потоки будут компенсировать друг друга.

Коэффициент нагрузки трансформатора – отношение тока при любой нагрузке к номинальному току вторичной обмотки:

. (1.2.6)

Как зависит  от нагрузки?

Активная отдаваемая в нагрузку мощность (полезная):

. (1.2.7)

Потери в меди (обмотках) зависит от тока нагрузки:

, (1.2.8)

где P_k  потери короткого замыкания.

Таким образом, КПД:

. (1.2.9)

, и известные величины, а  зависит от  и .

м

m

Рис.1.1.3. Зависимость КПД и потерь от нагрузки трансформатора

Определим , при котором  максимальное:

,

откуда и. Следовательно, наибольший КПД будет при равенстве, то есть при.

КПД трансформатора высок (0,8-0,96). При КПД незначительно снижается. КПД мощных трансформаторов выше.

М

Рис.1.1.4. Условное обозначение многообмоточного трансформатора

ногообмоточные трансформаторы, то есть с одной первичной и несколькими вторичными обмотками, применяют в РТС при необходимости получения от одного трансформатора нескольких напряжений. Следует отметить характерное для многообмоточного трансформатора взаимное влияние вторичных обмоток. При изменении тока в одной из вторичных обмоток изменяется

I₁, а следовательно, напряжение на других вторичных обмотках. Взаимное влияние вторичных обмоток зависит от их расположения, так как различному расположению соответствуют различные потоки рассеяния.

Рис.1.1.5. Трехфазный трансформатор с соединением обмоток «звезда-звезда».

Также может быть соединение «треугольник – треугольник», а также «треугольник-звезда», «звезда-треугольник» .

Е

сли нужно получить, обмотки соединяют треугольником.

В

w₁

w₂

Рис.1.1.6. Принципиальная схема автотрансформатора

случае изменения вторичного напряжения в сравнительно узких пределах используются автотрансформаторы. Характерной их особенностью является наличие непосредственной электрической связи между обмотками. Рассмотрим понижающий автотрансформатор. Вторичная обмотка является общей для первичной и вторичной цепей и по ней протекает ток.

Энергия из первичной цепи во вторичную частично передается за счет электрического соединения, то есть электрическим путем. Полезная мощность при активной нагрузке:

, (1.3.1)

где  мощность, передаваемая электрическим соединением нагрузки цепи и сети.

электромагнитная мощность, определяющая необходимый магнитный поток, поперечное сечение и вес стали. Она является расчетной или габаритной мощностью.

В пределе, при вся мощность передается лишь электрическим путем. Поскольку, габариты и вес автотрансформатора меньше, чем у трансформатора той же полезной мощности. Автотрансформаторы применяются только при небольших.

Автотрансформатор имеет малое сопротивление короткого замыкания. Это недостаток. К недостаткам относится также возможность попадания высокого напряжения в цепь низкого напряжения.

Параметры трансформатора: характеристика, способы их определения

Автор Andrey Ku На чтение 5 мин Опубликовано 19.05.2019

Трансформатор преобразует подаваемое напряжение в большее или меньшее значение без изменения мощности. Статическое электромагнитное устройство состоит из двух и более обмоток, размещенных на одном магнитопроводе. Подобрать требуемый электромагнитный аппарат не представит затруднений с помощью параметров трансформатора, указываемых в техническом описании на любое изделие.

Содержание

1. Мощность
2. Электромагнитная
3. Полезная
4. Расчетная
5. Габаритная (типовая)
6. Основные технические характеристики и способы определения параметров
7. Первичное напряжение номинального значения
8. Вторичное номинальное напряжение
9. Номинальный первичный ток
10. Номинальный вторичный ток
11. Коэффициент трансформации
12. Номинальный коэффициент мощности (cos φ)
13. Коэффициент полезного действия
14. Характеристики, определяющие поведение электрической машины
15. Напряжение при коротком замыкании
16. Напряжение при холостом ходе
17. Ток холостого хода
18. Пусковой ток
19. Испытательное пробойное напряжение рабочей частоты
20. Внешняя характеристика
21. Потери в режиме холостого хода
22. Потери в режиме короткого замыкания

Мощность

Основным параметром трансформаторов является мощность, обозначаемая буквой S. Она определяет массогабаритные показатели электромагнитного аппарата. От значения мощности зависит тип используемого магнитопровода, количество/диаметр витков в обмотках. Измеряется мощность в единицах В∙А (вольт-ампер). На практике для удобства используются кратные вольт-амперам величины кВА (10³∙ В∙А) и МВА (10⁶∙ В∙А).

Электромагнитная

Представляет собой мощность в   выходной катушке, передаваемой с витков входной электромагнитным способом. Она определяется умножением действующего значения ЭДС на величину тока, протекающего в нагрузке электромагнитного преобразователя: S_эм = E₂∙ I_2.

Полезная

Это произведение действующего напряжения во вторичной обмотке на значение нагрузочного тока. Рассчитывается по формуле: S_{2 =} U_2∙I₂.

Расчетная

Расчётная мощность – произведение величин I₁ и U₁   входной обмотки аппарата S₁ = U₁  I₁. Этот параметр определяет габариты изделия: число витков и сечение проводов.

Габаритная (типовая)

Параметр S _габ определяет реальное сечение сердечника. Так называют полусумму мощностей всех обмоток электромагнитного устройства: S _габ = 0,5∙(S₁+S₂ +S₃+ …).

Основные технические характеристики и способы определения параметров

Основные технические характеристики указываются в техдокументации на изделие. Они определяются расчетным путем или посредством замеров на специальном стенде при определенных режимах работы аппарата.

Первичное напряжение номинального значения

Так называют U_1н, которое требуется подать на входную катушку аппарата, чтобы в режиме холостого хода получить номинальное вторичное напряжение. Параметр U_1н указывается в техпаспорте изделия.

Вторичное номинальное напряжение

Это значение U_2н, которое устанавливается на выводах выходной обмотки при ненагруженном трансформаторе. На вход  прикладывается номинальная величина параметра. Значение параметра зависит от величины U_1н и коэффициента трансформации К_т. При  активно-емкостной нагрузке (φ₂< 0)  U_2н может оказаться больше U_1н.

Номинальный первичный ток

Это ток I_1н, протекающий во входной обмотке, при котором возможна продолжительная работа аппарата. Значение I_1н  указывается в техпаспорте на трансформатор.

Номинальный вторичный ток

Параметр также можно встретить в таблице паспортных данных трансформатора, он протекает по выходной катушке при продолжительной работе аппарата. Обозначается  I_2н.

Коэффициент трансформации

Соотношением номинального входного и выходного напряжений определяется коэффициент трансформации: К = U_1н/U_2н.

Номинальный коэффициент трансформации определяет соответствие количества витков во вторичной  и первичной катушке.

Номинальный коэффициент мощности (cos φ)

Сos φ (косинус фи) определяется отношением активной мощности трансформатора P к полной S: cos φ = P/S. Это величина, показывающая рациональность расходования электроэнергии с учетом реактивных потерь преобразователя.

Коэффициент полезного действия

КПД электромагнитного устройства представляет отношение активной мощности Р₂, отбираемой от аппарата, к подводимой P1: η = P2/P1. Величина КПД тем больше, чем выше cosφ₂ и коэффициент загрузки β= I₂/I_2н.

Характеристики, определяющие поведение электрической машины

Так называют совокупность параметров, определяющих поведение электрической машины при различных режимах работы. Таковыми являются: пусковой момент, режим короткого замыкания и холостого хода.

Напряжение при коротком замыкании

При измерениях значения закорачивают выводы, а на первичную катушку подается напряжение U_к.  Сила тока на ней не превышает номинала (I_к < I_1ном), а U_к составляет 5–12% от номинальной величины.

Напряжение при холостом ходе

Это значение ненагруженного (I₂=0) трансформатора при поданной номинальной величине U₁ на вход аппарата. При разомкнутой  нагрузке вторичная катушка оказывается обмоткой высшего (ВН) напряжения от взаимоиндукциии, а первичная становится обмоткой низшего (НН) значения. Подобное происходит по причине самоиндукции на ней, направленной против приложенного напряжения.

Ток холостого хода

Он относится к параметрам первичной обмотки и измеряется при  номинальном значении I_1н с ненагруженной вторичной катушкой.

Его величина обычно не превышает 5–10% от номинала I_1н.

Пусковой ток

Он протекает через первичную обмотку  аппарата после включения в питающую сеть. Пиковое значение в несколько десятков раз превышает I_1н. Способами борьбы с переходными процессами в электрической машине считаются:

• увеличение количества витков и эффективной площади сечения магнитопровода;
• подключение к питающей сети в момент максимальной амплитуды импульса (φ = π/2).

Испытательное пробойное напряжение рабочей частоты

Этот параметр трансформатора характеризует электрическую прочность изделия – способность выдерживать повышенное напряжение. Величина испытательного напряжения зависит от класса используемой изоляции. Параметр измеряется подачей высокого U _исп рабочей частоты относительно земли на закороченные выводы обмотки ВВ. Выводы ВН закорачиваются и вместе с магнитопроводом (баком с маслом, металлическими деталями) заземляются.

Внешняя характеристика

Рабочий режим силовой машины задается не только U_1н и К_т, но и активно-реактивной нагрузкой электроприемника, подключенного к выводам вторичной обмотки. Изменяющийся ток в  нагрузке (при электропитании U_1н = const), соответственно, меняет и напряжение на выходе трансформатора. Эта зависимость отражается в коэффициенте нагрузки: Кн = I₂/I_2н.

Потери в режиме холостого хода

Потери мощности ненагруженного электромагнитного устройства состоят из потерь в сердечнике из трансформаторного железа. ЭДС расходуется на нагрев магнитопровода, вихревые токи и гистерезис.

Повышает КПД аппарата применение электротехнической стали с высоким удельным сопротивлением и качественная изоляция пластин магнитопровода лаком, жаростойким покрытием. Помимо «потерь в железе», всегда присутствуют «потери в меди», обусловленные омическим сопротивлением витков электромагнитного устройства.

Потери в режиме короткого замыкания

Короткое замыкание трансформатора при эксплуатации создает экстремальный режим, способный вывести из строя аппарат. При этом вторичный ток а, соответственно, первичный увеличиваются в десятки раз по сравнению с I_н. Поэтому в электрической цепи аппарата предусматривают защиту от сверхтока КЗ, которая автоматически размыкает цепь электропитания.

Трансформатор и его работа, характеристики и применение

Главная > Электрика > Трансформатор и его работа, характеристики и применение

Содержание

• 1 трансформатор
  • 1.1 Первичная обмотка
  • 1.2 Вторичная обмотка
  • 1.3 Коэффициент трансформации трансформатора
• 2 Принцип трансформатора
• 3 характеристики трансформатора
• 4 повышающих и понижающих трансформатора
• 5 применений трансформатора
• 6 Поделись этим:

Трансформатор является очень распространенным и широко используемым электрическим устройством. Он имеет приложения от мини-мобильных устройств, которые могут поместиться в карман, до тяжелых промышленных машин. В этой статье мы собираемся обсудить трансформатор, его принцип работы, его характеристики и области применения.

Трансформатор

Трансформатор представляет собой статическое электрическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую с увеличением или уменьшением напряжения и силы тока.

Состоит из двух или более обмоток (катушек), намотанных на неподвижный железный сердечник. Существует два типа обмоток:

• Первичная обмотка
• Вторичная обмотка

Первичная обмотка

Входная обмотка, возбуждаемая изменяющимся током питания, называется первичной обмоткой. Число витков в первичной обмотке обозначают N _p .

Вторичная обмотка

Обмотка трансформатора, которая является выходом трансформатора и соединена с нагрузкой, называется вторичной обмоткой. Число витков вторичной обмотки обозначается N _s .

Коэффициент трансформации трансформатора

Это отношение числа витков вторичной обмотки трансформатора к числу витков первичной обмотки.

Очень важно определить входное и выходное напряжение и ток трансформатора.

Принцип действия трансформатора

Трансформаторы работают в соответствии с законом Фарадея 2 ^и Электромагнитной индукции . это означает, что если катушку поместить в переменное магнитное поле, в катушке будет индуцироваться ЭДС.

Трансформатор работает от переменного тока питания, также известного как переменный ток (AC). Из-за изменения переменного тока в первичной обмотке вокруг нее создается переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле индуцирует ЭДС во вторичной обмотке посредством явления «Взаимная индукция» . Следовательно, происходит передача электрической энергии между двумя обмотками. Первичная и вторичная обмотки соединены магнитно, но электрически изолированы.

Уровни выходного напряжения и тока трансформатора могут различаться в зависимости от количества витков в первичной и вторичной обмотках, но частота остается неизменной.

Характеристики трансформатора

Некоторые характеристики трансформатора приведены ниже:

• Переменное напряжение

Входное и выходное напряжения трансформатора являются переменными. Трансформатор может увеличивать или уменьшать напряжение питания.

В _из  = В _из (N _s /N _p )

• Переменный ток

Ток также является переменной величиной в трансформаторе, которую можно увеличивать или уменьшать.

I _из  = I _из (N _p /N _s )

• Постоянная частота

Трансформатор — это устройство, работающее на постоянной частоте. Частота входного напряжения и выходного напряжения остается неизменной.

• Постоянная мощность

Мощность трансформатора остается постоянной. Мощность, подаваемая на трансформатор, и мощность, выдаваемая трансформатором, остается неизменной.

P _в = P _OUT

V _в I _в = V _OUT I _OUT

STEP-UP TRANFFORS

ВЫСОКА В НАКОНЕКОМ. напряжение трансформатора, они подразделяются на эти два типа;

1) Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор имеет большее число витков во вторичной обмотке N _s , чем в первичной обмотке N _p . Он увеличивает входное напряжение на коэффициент трансформации трансформатора.

N _S > N _P

Коэффициент поворота> 1

V _OUT = V _В (N _S /N _P )

Образец поворота больше 1,

2) Понижающий трансформатор

Трансформатор, у которого число витков первичной обмотки N _p больше, чем число витков вторичной обмотки N _s , называется понижающим трансформатором.

Уменьшает входное напряжение на коэффициент трансформации трансформатора.

N _S P

Коэффициент поворота <1

V _OUT = V _В (N _S /N _P )

Образец поворотного соотношения пошагового трансформатора венду вдале ниже 1,

Применение трансформатора

Трансформатор используется в самых разных электрических и электронных устройствах. Это самое распространенное электрическое устройство. Некоторые из его применений приведены ниже:

• Он используется для увеличения или уменьшения напряжения в цепи.
• Используется для гальванической развязки двух цепей.
• Используется в выпрямителях переменного тока в постоянный для снижения высокого входного переменного напряжения.
• Используется для согласования импеданса
• Трансформаторы тока используются для целей измерения.
• Распределительные трансформаторы используются для снижения уровня напряжения в наших бытовых приборах.
• Стабилизаторы и регуляторы напряжения

 

Вы также можете прочитать:

• Разница между силовым трансформатором и распределительным трансформатором
• Типы электрических машин
• Различия между синхронным и асинхронным двигателем

типов трансформаторного масла | MBT Transformer

Типы трансформаторного масла обладают свойствами, способствующими безопасной и бесперебойной работе трансформаторов. Следовательно, это критический элемент в системах электроснабжения. Давайте узнаем больше о трансформаторном масле из статьи ниже.

Содержание

1. Что такое трансформаторное масло?

2. Типы трансформаторного масла

а. Нафтеновое масло

b. Парафиновое масло

3. Идеальные свойства трансформаторного масла

a. Электрические свойства трансформаторного масла

b. Химические свойства трансформаторного масла

c. Физические свойства трансформаторного масла

4. Испытание трансформаторного масла

5. Почему важны испытания трансформаторного масла?

 

1. Что такое трансформаторное масло?

Трансформаторное масло (также известное как изоляционное масло) — это особый тип масла, обладающий превосходной электроизоляцией и стабильный при высоких температурах. Масляные трансформаторы используют масло для изоляции, остановки разряда и разряда ауры и в то же время рассеивания тепла трансформатора (т.е. в качестве хладагента).

Трансформаторное масло также используется для консервации сердечника и обмоток трансформатора путем их полного погружения в масло. Еще одним важным свойством изоляционного масла является предотвращение окисления целлюлозно-бумажной изоляции. Трансформаторное масло служит барьером между атмосферным кислородом и целлюлозой, избегая прямого контакта и, следовательно, сводя к минимуму окисление. Уровень трансформаторного масла измеряется с помощью MOG (магнитного указателя уровня масла).

 

Трансформаторное масло

2. Типы трансформаторного масла

В настоящее время используются два основных типа трансформаторного масла: трансформаторное масло на основе парафина и трансформаторное масло на основе лигроина.
а. Нафтеновое масло

• Минеральное изоляционное масло получают из определенных видов сырой нефти, которые содержат чрезвычайно низкое содержание н-парафинов, известных как парафин.

• Температура застывания этого масла ниже по сравнению с парафиновым маслом из-за меньшего содержания парафина.

• Температура кипения этого масла составляет примерно 425 °C.

• По сравнению с другими маслами это масло более подвержено коррозии.

• Продукты окисления растворимы в масле.

• Коррозия сырой нефти на основе парафина приводит к образованию нерастворимого шлама, увеличивающего вязкость. Так уменьшится мощность теплопередачи, срок службы и перегрев.

• Эти масла содержат ароматические соединения при относительно более низких температурах, например -40°C.

б. Парафиновое масло

• Минеральное изоляционное масло, полученное из специальной нефти, содержит значительное количество н-парафина, т. е. парафина.

• Температура застывания этого масла выше по сравнению с нафтеновым типом из-за высокого содержания парафинов.

• Температура кипения этого масла около 530 °С.

• Окисление этого масла меньше.

• Продукты окисления нерастворимы в масле.

• Несмотря на то, что нафтеновый тип масла более подвержен коррозии, чем парафиновый, продукты окисления растворяются в масле, что приводит к уменьшению проблемы.

Теоретически, масло на основе парафина не так легко окисляется, как масло на основе лигроина, и образует меньше шлама. Дело в том, что нефтешлам на основе нафты лучше растворяется, чем масло на основе парафина, поэтому любой шлам, образуемый маслом на основе нафты, легче удалить, чем шлам из масла на основе парафина. Если шлам скапливается на дне контейнера трансформатора, он будет мешать работе трансформатора.

Нефть на основе нафты и нефть на основе парафина не содержат растворенного парафина. Этот парафин может повысить температуру застывания и потенциально вызвать проблемы, но в более теплом климате, где температура никогда не бывает очень низкой, это не проблема.

 

Тем не менее, парафиновое масло является наиболее часто используемым типом масла в трансформаторах во всем мире, несмотря на то, что масло на основе нафты имеет более очевидное преимущество.

3. Идеальные свойства трансформаторного масла

Для определения пригодности масла к эксплуатации следует учитывать некоторые специфические свойства изоляционного масла.
Свойства (или параметры) трансформаторного масла:

• Электрические свойства: Удельное сопротивление, диэлектрическая прочность, коэффициент диэлектрических потерь.
• Химические свойства: Содержание воды, кислотность, содержание шлама.
• Физические свойства: межфазное натяжение, вязкость, температура вспышки, температура застывания.

а. Электрические свойства трансформаторного масла

Диэлектрическая прочность трансформаторного масла также известна как напряжение пробоя трансформаторного масла (BDV). Напряжение пробоя измеряют, наблюдая, при каком напряжении искрят нити между двумя погруженными в масло электродами, разделенными определенным зазором. Низкое значение BDV свидетельствует о наличии в масле влагосодержащих и проводящих веществ.

Для измерения BDV трансформаторного масла на объекте обычно имеется переносной комплект для измерения BDV. В этом комплекте масло хранится в баке, в котором закреплена одна пара электродов с зазором между ними 2,5 мм (в некоторых комплектах 4 мм). Теперь между электродами подается медленно возрастающее напряжение. Скорость нарастания напряжения контролируют на уровне 2 кВ/с и наблюдают за напряжением, при котором начинается искрение между электродами, т. е. при напряжении, при котором диэлектрическая прочность трансформаторного масла между электродами нарушена.

 

Это измерение проводится от 3 до 6 раз в одной и той же пробе масла, и мы берем среднее значение этих показаний. BDV является основным индикатором исправности масла. Так что это популярный и важный тест трансформаторного масла, и его можно легко провести на месте.

 

Сухое и чистое масло дает результаты BDV, лучшие, чем масло с содержанием влаги и другими токопроводящими примесями. Минимальным напряжением пробоя трансформаторного масла или диэлектрической прочностью трансформаторного масла, при котором это масло можно безопасно использовать в трансформаторе, считается 30 кВ.

• Удельное сопротивление трансформаторного масла

Это еще одно важное свойство трансформаторного масла. Удельное сопротивление масла является мерой сопротивления постоянному току между двумя противоположными сторонами блока масла объемом один см3. Его единицей является ом-см при определенной температуре. С повышением температуры удельное сопротивление масла быстро уменьшается.

 

Сразу после зарядки трансформатора после длительного простоя температура масла будет равна температуре окружающей среды, а при полной нагрузке температура будет очень высокой. Может доходить до 90ºC в условиях перегрузки. Удельное сопротивление изоляционного масла должно быть высоким при комнатной температуре и иметь хорошее значение при высоких температурах.
Поэтому удельное сопротивление или удельное сопротивление трансформаторного масла следует измерять при 27ºС и 90ºС.

 

Минимальное нормативное удельное сопротивление трансформаторного масла при 90ºС составляет 35·1012 Ом-см, при 27ºС — 1500·1012 Ом-см.

• Коэффициент диэлектрических потерь тангенса дельты трансформаторного масла

Коэффициент диэлектрических потерь также известен как коэффициент потерь или тангенс дельта трансформаторного масла. Когда изоляционный материал помещается между токоведущей частью и заземленной частью электрооборудования, возникает ток утечки. Поскольку изоляционный материал является диэлектриком, ток через изоляцию в идеале опережает напряжение на 90°. Здесь напряжение означает мгновенное напряжение между токоведущей частью и землей оборудования. Но на самом деле никакие изоляционные материалы не являются идеальными диэлектриками по своей природе.

 

Следовательно, ток через изолятор будет опережать напряжение под углом чуть меньше 90º. Тангенс угла, на который он меньше 90º, называется коэффициентом диэлектрических потерь или просто тангенсом дельта трансформаторного масла. Проще говоря, ток утечки через изоляцию действительно имеет две составляющие: одну резистивную или активную, а другую емкостную или реактивную. Опять же, из приведенной выше диаграммы ясно, что значение ‘δ’ также известно как угол потерь.

 

Если угол потерь мал, то резистивная составляющая тока IR мала, что свидетельствует о высоком резистивном свойстве изоляционного материала. Изоляция с высоким сопротивлением является хорошим изолятором. Следовательно, желательно, чтобы угол потерь был как можно меньше. Поэтому мы должны стараться, чтобы значение tanδ было как можно меньше. Высокое значение этого тангенса δ указывает на наличие загрязнителей в трансформаторном масле.

 

Следовательно, существует четкая связь между тангенсом δ и удельным сопротивлением изоляционного масла. Если значение тангенса дельта увеличивается, удельное сопротивление изоляционного масла уменьшается, и наоборот. Таким образом, как испытание на сопротивление, так и испытание на тангенс дельта трансформаторного масла, как правило, не требуются для одного и того же куска изолятора или изоляционного масла.

 

Одним предложением можно сказать, что tanδ является мерой несовершенства диэлектрической природы изоляционных материалов, таких как масло.

б. Химические свойства трансформаторного масла

Содержание влаги или воды в трансформаторном масле крайне нежелательно, так как это отрицательно влияет на диэлектрические свойства масла. Содержание воды в масле также влияет на бумажную изоляцию обмотки и сердечника трансформатора. Бумага очень гигроскопична. Бумага поглощает максимальное количество воды из масла, что влияет на изоляционные свойства бумаги и сокращает срок ее службы. Но в нагруженном трансформаторе масло нагревается сильнее; следовательно, растворимость воды в масле увеличивается.

 

В результате бумага выделяет воду и увеличивает содержание воды в трансформаторном масле. Таким образом, температура масла во время отбора пробы для испытаний имеет решающее значение. При окислении в масле образуются кислоты; кислоты обуславливают растворимость воды в масле. Кислота в сочетании с водой разлагает масло, образуя еще больше кислоты и воды. При этом скорость деградации масла увеличивается. Мы измеряем содержание воды в масле как ppm (частей на миллион единиц).

 

Содержание воды в масле допускается до 50 ppm, рекомендованного IS-335(1993). Точное измерение содержания воды при таких низких уровнях требует сложного прибора, такого как кулонометрический титратор Карла Фишера.

• Кислотность трансформаторного масла

Кислотное трансформаторное масло является вредным свойством. Если масло становится кислым, содержание воды в масле становится более растворимым в масле. Кислотность масла ухудшает изоляционные свойства бумажной изоляции обмотки. Кислотность ускоряет процесс окисления в масле. К кислоте относится также ржавление железа в присутствии влаги.

 

Испытание трансформаторного масла на кислотность можно использовать для измерения кислотных компонентов загрязняющих веществ. Мы выражаем кислотность масла в мг КОН, необходимого для нейтрализации кислоты, содержащейся в грамме масла. Это также известно как число нейтрализации.

в. Физические свойства трансформаторного масла

Межфазное натяжение между поверхностью воды и масла является способом измерения молекулярной силы притяжения между водой и маслом. в дин/см или миллиньютон/метр. Межфазное натяжение как раз полезно для определения наличия продуктов распада нефти и полярных примесей. Хорошее новое масло обычно имеет высокое межфазное натяжение. Примеси окисления масла снижают IFT.

• Температура воспламенения трансформаторного масла

Температура воспламенения трансформаторного масла – это температура, при которой масло выделяет достаточное количество паров для образования легковоспламеняющейся смеси с воздухом. Эта смесь обеспечивает мгновенную вспышку при подаче пламени в стандартных условиях. Точка воспламенения важна, потому что она определяет вероятность возникновения пожара в трансформаторе. Поэтому желательно иметь очень высокую температуру вспышки трансформаторного масла. В целом, это более 140º(>10º).

• Температура застывания трансформаторного масла

Это минимальная температура, при которой масло начинает течь при стандартных условиях испытаний. Температура застывания трансформаторного масла является ценным свойством в основном в местах с ледяным климатом. Если температура масла падает ниже точки застывания, трансформаторное масло прекращает конвекцию и препятствует охлаждению трансформатора. Нефть на основе парафина имеет более высокую температуру застывания, чем нефть на основе нафты, но в Индии это не влияет на использование парафиновой нефти из-за ее теплых климатических условий. Температура застывания трансформаторного масла в основном зависит от содержания парафинов в масле. Поскольку масло на основе парафина содержит больше парафина, оно имеет более высокую температуру застывания.

• Вязкость трансформаторного масла

В двух словах о вязкости трансформаторного масла можно сказать, что вязкость – это сопротивление потоку в нормальных условиях. Под сопротивлением течению трансформаторного масла понимается препятствие конвекционной циркуляции масла внутри трансформатора. Хорошее масло должно иметь низкую вязкость, чтобы оно оказывало меньшее сопротивление обычному потоку масла и, таким образом, не влияло на охлаждение трансформатора. Низкая вязкость трансформаторного масла необходима, но не менее важно, чтобы вязкость масла как можно меньше увеличивалась при понижении температуры. Любая жидкость становится более вязкой при понижении температуры.

4. Тестирование трансформаторного масла

Трансформаторное масло необходимо протестировать, чтобы убедиться, что оно соответствует сегодняшним стандартам. Стандарты и процедуры тестирования определяются различными международными стандартами, и ASTM устанавливает большинство из них.

 

Испытания масла состоят из измерения напряжения пробоя и других химических и физических свойств масла либо в лаборатории, либо с помощью портативного испытательного оборудования. Срок службы трансформатора увеличивается благодаря надлежащему тестированию, что снижает необходимость платить за замену.

Факторы для проверки:
Вот наиболее распространенные вещи, на которые следует обращать внимание при проведении испытаний трансформаторного масла:

• Стандартные технические условия на минеральное изоляционное масло, используемое в электрических устройствах (ASTM D3487)
• Кислотное число (ASTM D664)
• Напряжение пробоя диэлектрика (ASTM D877)
• Коэффициент мощности жидкости (ASTM D924-08)
• Межфазное натяжение (ASTM D971)
• Удельное сопротивление (ASTM D1169)
• Агрессивная сера (ASTM D1275)
• Визуальный осмотр (ASTM D1524)

Примечание: ASTM расшифровывается как Американское общество испытаний и материалов.