Transformatorių apvijos ir transformatoriaus izoliacija

Transformatoriaus apvijos yra transformatoriaus grandinės komponentai ir pagrindinės elektromagnetinės energijos konvertavimo dalys. Jie pagaminti iš izoliuotų laidų (dažniausiai vario arba aliuminio), suvyniotų pagal tam tikrą modelį ir perduoda energiją elektromagnetinės indukcijos principu.

1. Pagrindinės funkcijos

• Magnetinio lauko sukūrimas: kai pirminei apvijai tiekiama kintamoji srovė, sukuriamas kintamasis magnetinis laukas.
• Indukuojanti elektrovaros jėgą: Šis kintamasis magnetinis laukas praeina per antrinę apviją, sukeldamas antrinėje apvijoje elektrovaros jėgą (įtampą).
• Įtampos keitimas: Reguliuojant pirminės ir antrinės apvijų posūkių santykį, įtampa gali būti padidinta arba sumažinta.

2. Apvijų tipai (skirstomi pagal įtampos lygį ir santykinę padėtį)

• Aukštos{0}}tampos apvija: apvija, kuri atlaiko didesnę įtampą. Paprastai turi mažesnį laido skerspjūvį-(kadangi srovė santykinai maža), tačiau reikalinga didelė izoliacija.
• Žemos -tampos apvija: apvija, kuri atlaiko žemesnę įtampą. Paprastai turi didesnį laido skerspjūvį-(kadangi srovė yra santykinai didelė) ir santykinai mažesni izoliacijos reikalavimai.

Struktūriškai, atsižvelgiant į jų išdėstymą šerdyje, jie daugiausia skirstomi į du tipus:

(1) Koncentrinė apvija:

• Konstrukcija: aukštos{0}} ir žemos{1} įtampos apvijos suvyniotos į skirtingo skersmens cilindrines formas ir koncentriškai išdėstytos ant šerdies galūnės.
• Įprastas išdėstymas: siekiant palengvinti izoliaciją, žemos -tampos apvija paprastai dedama į vidų (arčiau šerdies), o aukštos{1}}įtampos apvija – išorėje. Taip yra todėl, kad izoliaciją tarp žemos-tampos apvijos ir šerdies (įžemintos) lengviau tvarkyti.
• Taikymas: dauguma galios transformatorių (ypač didesnio galingumo) naudoja šią struktūrą. Gamybos procesas yra gana paprastas, o struktūra yra tvirta.

(2) Sujungta apvija:

• Struktūra: tiek aukštos -įtampos, tiek žemos{1}}įtampos apvijos yra padarytos disko formos ir pakaitomis sukraunamos išilgai šerdies galūnės aukščio.
• Privalumai: mažesnis nuotėkio srautas tarp apvijų, didelis mechaninis stiprumas ir didelis atsparumas trumpajam{0}jungimui.
• Naudojimas: daugiausia naudojamas specialiems transformatoriams, tokiems kaip elektros krosnių transformatoriai ir suvirinimo transformatoriai, kurie turi atlaikyti dideles elektromagnetines jėgas.

3. Pagrindiniai reikalavimai apvijoms
Elektros charakteristikos: turi atlaikyti ilgalaikę{0}}darbinę įtampą ir trumpalaikę viršįtampą (pvz., žaibo smūgius).
Mechaninės charakteristikos: Konstrukcija turi būti pakankamai stipri, kad be deformacijų atlaikytų didžiules elektromagnetines jėgas, susidarančias trumpojo jungimo metu.
Šiluminis našumas: turi turėti gerą šilumos išsklaidymą, kad temperatūros kilimas esant ilgalaikei apkrovai{0}}neviršytų ribos.
Proceso našumas: Apvijos procesas turi būti paprastas, ekonomiškas ir patikimas.

Tai medžiagų sistema, kuri izoliuoja skirtingas apvijos dalis viena nuo kitos ir atskiria apviją nuo įžemintų dalių (pvz., šerdies ir alyvos bako). Tai yra ne-grandinė transformatoriaus dalis, bet lemia transformatoriaus saugą ir eksploatavimo trukmę.
1. Pagrindinės funkcijos

• Potencialo izoliavimas: patikimai atskiria laidžias dalis su skirtingu potencialu (pvz., aukštos ir žemos įtampos apvijas ir apviją nuo šerdies), kad būtų išvengta trumpojo jungimo.
• Šilumos išsklaidymo kanalas: Izoliacinės medžiagos (pavyzdžiui, transformatorių alyva) dažnai tarnauja kaip aušinimo terpė, perduodančios apvijos ir šerdies generuojamą šilumą.
• Mechaninė atrama: Izoliacinės medžiagos (pvz., Izoliacinė plokštė) taip pat padeda pritvirtinti ir palaikyti apvijas.

2. Izoliacijos klasifikacija (pagal vietą ir funkciją)
Transformatorių izoliacijos sistema paprastai skirstoma į dvi pagrindines kategorijas:

• Vidinė izoliacija: yra transformatoriaus alyvos bako viduje, be tiesioginio kontakto su išoriniu oru.
• Pagrindinė izoliacija: nurodo izoliaciją tarp apvijų ir įžemintų dalių (pvz., šerdies ir alyvos bako) ir tarp skirtingų įtampos lygių apvijų (pvz., tarp aukštos -įtampos ir žemos{1}} įtampos apvijų). Tai yra transformatoriaus izoliacijos sistemos šerdis ir lemia transformatoriaus įtampos lygį.
• Išilginė izoliacija: reiškia izoliaciją toje pačioje apvijoje, pvz., izoliaciją tarp posūkių (iš posūkio-į-apvijos izoliaciją), tarp apvijos sluoksnių (izoliacijos sluoksnis-į-sluoksnį) ir tarp apvijos sekcijų (skilties-į-sekcijų izoliacija).
• Išorinė izoliacija: Tai izoliacijos dalys, kurias oras veikia už transformatoriaus, daugiausia izoliacija įvorių viršuje (už alyvos bako). Jo izoliacijos stiprumas daugiausia priklauso nuo oro sąlygų ir valkšnumo atstumo.

3. Pagrindinės izoliacinės medžiagos
Transformatorių izoliacija (ypač alyvos{0}}transformatorių) yra sudėtinė sistema. Įprastos medžiagos apima:
(1) Skystos izoliacinės medžiagos:

• Mineralinė transformatorių alyva: dažniausiai naudojama. Funkcijos apima: izoliaciją (daug didesnis dielektrinis stiprumas nei oro), šilumos išsklaidymo (pašalina šilumą per konvekciją), apsaugą (izoliuoja deguonį, lėtina medžiagos senėjimą).
• Sintetinė arba natūralaus esterio izoliacinė alyva: tokia kaip silikoninė alyva arba augalinė izoliacinė alyva, dažniausiai naudojama vietose, kuriose keliami aukšti atsparumo ugniai reikalavimai.

(2) Kietos izoliacinės medžiagos:

• Izoliacinis popierius, izoliacinė plokštė: Naudojamas posūkio izoliacijai, sluoksnių izoliacijai, separatoriams tarp apvijų ir izoliaciniams cilindrams. Aliejinė-popierinė kompozitinė izoliacijos sistema yra pats klasikiniausias ir patikimiausias transformatoriaus izoliacijos tipas.
• Epoksidinė derva: plačiai naudojama sauso{0}}tipo transformatoriuose, formuojant tvirtą bendrą izoliaciją liejant.
• NOMEX® popierius: didelio našumo{0}}aromatinio poliamido popierius, turintis didelę šiluminę varžą, dažniausiai naudojamas sauso-tipo arba specialiuose transformatoriuose.

Transformatorių apvijos yra „grandinės kanalai“, skirti elektromagnetinei energijai konvertuoti, o transformatoriaus izoliacija yra „apsaugos sistema“, kuri saugiai atskiria skirtingų potencialų komponentus; izoliacija veikia kaip apvijų „šarvas“, užtikrina normalų jų veikimą ir apsaugo nuo trumpojo jungimo{0}}nelaimingų atsitikimų. Abu papildo vienas kitą ir kartu nustato transformatoriaus našumą, įtampos lygį ir veikimo patikimumą.