Jaka jest funkcja rdzenia w transformatorze zanurzonym w oleju?

W systemie elektroenergetycznym transformator zanurzony w oleju jest kluczowym urządzeniem elektrycznym służącym do konwersji mocy między różnymi poziomami napięcia. W wewnętrznej strukturze transformatora rdzeń żelazny jest jednym z podstawowych elementów decydujących o jego wydajności, wydajności i stabilności.

1. Podstawowa funkcja żelaznego rdzenia
Główną funkcją pęknięcie transformatora zanurzonego w oleju polega na przekazywaniu mocy pomiędzy uzwojeniem pierwotnym a uzwojeniem wtórnym na zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Żelazny rdzeń jest kluczowym medium w procesie konwersji energii.

1. Zapewnij ścieżkę strumienia magnetycznego
Podstawową funkcją żelaznego rdzenia jest zapewnienie kanału o niskim oporze magnetycznym dla strumienia magnetycznego transformatora. Kiedy prąd przepływa przez uzwojenie pierwotne, generowane jest zmienne pole magnetyczne, które przepływa przez żelazny rdzeń i indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym. Istnienie żelaznego rdzenia znacznie zwiększa skuteczność sprzężenia magnetycznego.

2. Zmniejsz straty energii
W porównaniu z powietrzem przenikalność magnetyczna materiału rdzenia żelaznego (takiego jak blacha ze stali krzemowej walcowanej na zimno) jest znacznie wyższa, co może skutecznie skoncentrować strumień magnetyczny i zmniejszyć zjawisko magnetyczne wycieku, znacznie zmniejszając w ten sposób straty energii i poprawiając wydajność transformatora.

3. Stabilność konstrukcji wsporczej
Żelazny rdzeń jest nie tylko ścieżką strumienia magnetycznego, ale także mechaniczną konstrukcją wsporczą dla całego uzwojenia. Może wytrzymać siłę elektromagnetyczną podczas zwarcia i utrzymać stabilność wewnętrznej struktury transformatora.

2. Materiał i budowa rdzenia żelaznego

1. Wybór materiału
Żelazny rdzeń jest zwykle wykonany z **walcowanych na zimno blach ze stali krzemowej zorientowanej (CRGO)** o wysokiej przenikalności magnetycznej i niskich stratach. Stal krzemowa zawiera od 2% do 3% krzemu, co może znacznie zwiększyć przenikalność magnetyczną i zmniejszyć straty prądu wirowego.

2. Struktura laminowania (laminowanie)
Aby zmniejszyć straty prądu wirowego (straty prądu wirowego), rdzeń żelazny nie jest całym blokiem, ale składa się z warstw cienkich arkuszy oddzielonych farbą izolacyjną. Typowa grubość wynosi 0,23 mm lub 0,27 mm.

3. Forma konstrukcyjna
Typowe formy rdzenia żelaznego transformatorów zanurzonych w oleju to:

Struktura rdzenia (typ rdzenia): Uzwojenie otacza żelazny rdzeń;

Struktura powłoki (typ powłoki): Żelazny rdzeń otacza uzwojenie;

Trójfazowa struktura trójkolumnowa: powszechnie stosowana w transformatorach trójfazowych w celu zmniejszenia zużycia materiałów i energii.

3. Właściwości elektromagnetyczne rdzenia żelaznego i sprawność transformatora
Jakość żelaznego rdzenia bezpośrednio wpływa na wydajność transformatora, szczególnie w następujących aspektach:

1. Utrata rdzenia
Obejmuje utratę histerezy i stratę prądu wirowego, które są głównymi źródłami strat, gdy transformator jest nieobciążony. Wysokiej jakości blachy ze stali krzemowej mogą znacznie zmniejszyć tę część strat.

2. Problem nasycenia strumienia magnetycznego
Żelazny rdzeń ma określoną granicę przenoszenia strumienia magnetycznego. Po przekroczeniu tego limitu (tj. nasycenia magnetycznego) indukowane napięcie nie będzie już zmieniać się liniowo, co spowoduje wzrost temperatury i awarię elektryczną. Dlatego podczas projektowania należy uwzględnić rozsądną gęstość strumienia magnetycznego (zwykle kontrolowaną na poziomie 1,5–1,7 T).

3. Kontrola magnetyczna wycieku
Wyciek strumienia magnetycznego doprowadzi do zmniejszenia wydajności indukcji, lokalnego przegrzania, a nawet zakłóceń w otaczającym sprzęcie. Optymalizacja kształtu żelaznego rdzenia i rozmieszczenia uzwojeń może pomóc w zmniejszeniu wpływu strumienia magnetycznego rozproszenia.

4. Wspólna praca żelaznego rdzenia i układu chłodzenia zanurzonego w oleju
W transformatorach zanurzonych w oleju olej transformatorowy pełni zarówno funkcję izolacyjną, jak i służy do chłodzenia elementów wytwarzających ciepło. Żelazny rdzeń będzie generował dużo ciepła ze względu na częste zmiany strumienia magnetycznego, dlatego do odebrania ciepła potrzebny jest olej transformatorowy.

Olej przepływa przez szczelinę rdzenia, skutecznie odbierając ciepło;

Popraw wydajność chłodzenia poprzez system wymuszonego obiegu oleju;

Zapewnij pełny kontakt i izolację pomiędzy rdzeniem a materiałem izolującym olej.

5. Kluczowe technologie w produkcji rdzeni

1. Technologia cięcia i układania
Elementy rdzenia należy dokładnie przyciąć, aby zapewnić spójność geometryczną. W procesie układania w stosy wykorzystuje się technologie takie jak „układanie schodkowe” i „układanie naprzemienne”, aby skutecznie zmniejszyć opór magnetyczny i szczeliny.

2. Konstrukcja przeciwhałasowa
Rdzeń będzie generował szum w wyniku efektu magnetostrykcyjnego w zmiennych polach magnetycznych o wysokiej częstotliwości, co nazywa się „brzęczeniem”. Aby zmniejszyć hałas, należy:

Ściśle kontroluj odstęp między rdzeniami;

Użyj konstrukcji antywibracyjnej i podkładek olejowych;

Aby zredukować wibracje, należy stosować „połączenia z pełnym skosem” lub „zachodzenie na siebie pod kątem 45°”.

6. Typowe usterki i punkty konserwacji
Podczas długotrwałej pracy rdzeń żelazny może mieć następujące problemy:

Lokalne przegrzanie: może być spowodowane złym stykiem lub zwarciem żelaznego rdzenia;

Luźny żelazny rdzeń: powoduje zwiększony hałas i należy dokręcić wspornik;

Częściowe wyładowanie lub awaria: zwykle spowodowane awarią izolacji lub zanieczyszczeniem olejem.

Środki zapobiegawcze obejmują:

Regularny pomiar temperatury w podczerwieni w celu sprawdzenia rozkładu temperatury żelaznego rdzenia;

Analiza jakości oleju w celu zapewnienia wytrzymałości izolacji;

Wykrywanie wyładowań niezupełnych online w celu sprawdzenia stanu pracy.

Jako główny element transformatora zanurzonego w oleju, rdzeń żelazny ma więcej funkcji niż tylko „przewodzenie magnetyczne”. Odgrywa wiele ról, takich jak przewodzenie strumienia magnetycznego, zmniejszanie strat, wspieranie konstrukcji i poprawianie stabilności. Jest to kluczowy czynnik określający wydajność, żywotność i bezpieczeństwo transformatora. W miarę jak system elektroenergetyczny rozwija się w kierunku wysokiego napięcia, dużej pojemności, oszczędności energii i ochrony środowiska, materiał i konstrukcja żelaznego rdzenia również stale ewoluują, zapewniając solidną podstawę wydajnej pracy transformatora.