שנאי כוח - מכשיר ועיקרון הפעולה

בעת הובלת חשמל למרחקים ארוכים, עיקרון הטרנספורמציה משמש להפחתת הפסדים. לצורך כך, החשמל המופק מהגנרטורים מוזרם לתחנת המשנה. זה מגדיל את משרעת המתח הנכנס לקו החשמל.

הקצה השני של קו התמסורת מחובר לכניסה של תחנת המשנה המרוחקת. עליו מופחת המתח כדי לחלק את החשמל בין הצרכנים.

בשתי התחנות, התקני אספקת חשמל מיוחדים מעורבים בהפיכת חשמל בעוצמה גבוהה:

1. שנאים;

2. רובוטריקים אוטומטיים.

יש להם תכונות ומאפיינים משותפים רבים, אך שונים בעקרונות פעולה מסוימים. מאמר זה מתאר רק את העיצובים הראשונים שבהם העברת החשמל בין סלילים בודדים נובעת מאינדוקציה אלקטרומגנטית. במקרה זה, הרמוניות זרם ומתח המשתנות באמפליטודה משמרות את תדר התנודה.

רובוטריקים משמשים להמרת זרם חילופין במתח נמוך למתח גבוה יותר (שנאים עולים) או מתח גבוה יותר למתח נמוך יותר (שנאים יורדים). הנפוצים ביותר הם שנאי כוח ליישום כללי עבור קווי תמסורת ורשתות הפצה. שנאי כוח ברוב המקרים בנויים כשנאי זרם תלת פאזיים.

מאפייני המכשיר

שנאי כוח בחשמל מותקנים באתרים נייחים מוכנים מראש עם יסודות חזקים. ניתן להתקין מסילות וגלילים כדי להציב אותם על הקרקע.

תמונה כללית של אחד מסוגים רבים של שנאי כוח הפועלים עם מערכות מתח 110/10 קילו וולט ועם הספק כולל של 10 MVA מוצגת בתמונה למטה.

כמה אלמנטים בודדים של הבנייה שלו מסופקים עם חתימות. ביתר פירוט, סידור החלקים העיקריים וסידורם ההדדי מוצג בציור.

הציוד החשמלי של השנאי נמצא בתוך בית מתכת העשוי בצורה של מיכל אטום עם מכסה. הוא מלא בסוג מיוחד של שמן שנאים, בעל תכונות דיאלקטריות גבוהות ובו בזמן משמש להסרת חום מחלקים הנתונים לעומסי זרם גבוהים.

בתוך המיכל מותקנת ליבה 9, עליה מונחות הפיתולים עם פיתולי מתח נמוך 11 ומתח גבוה 10. הקיר הקדמי של השנאי הוא 8. המסופים של פיתול המתח הגבוה מחוברים לכניסות העוברות דרך מבודדי חרסינה 2.

הפיתולים עבור פיתול המתח הנמוך מחוברים גם לחוטים העוברים דרך המבודדים 3.הכיסוי מחובר לקצה העליון של המיכל וביניהם מניחים אטם גומי למניעת דליפת שמן לתוך המפרק בין המיכל לכיסוי. שתי שורות של חורים קודחים בדופן המיכל, לתוכם מרותכים צינורות דקים 7, שדרכם זורם שמן.

על הכיסוי יש כפתור 1. על ידי סיבובו, ניתן להחליף את הסיבובים של סליל המתח הגבוה כדי להתאים את המתח תחת עומס. מהדקים מרותכים לכיסוי, שעליו מותקן מיכל 5, הנקרא מרחיב.

יש לו מחוון 4 עם צינור זכוכית לניטור מפלס השמן ופקק עם פילטר 6 לתקשורת עם האוויר שמסביב.השנאי נע על גלילים 12 שציריהם עוברים דרך הקורות המרותכות לתחתית המיכל .

כאשר זרמים גדולים זורמים, פיתולי השנאי נתונים לכוחות הנוטים לעוות אותם. כדי להגביר את חוזק הפיתולים, הם נפצעים על גלילי בידוד. אם רצועה מרובעת ממוקמת במעגל, אז שטח המעגל אינו מנוצל במלואו. לכן, מוטות השנאים עשויים עם חתך מדורג על ידי הרכבה מיריעות ברוחב שונה.

תרשים הידראולי של השנאי

התמונה מציגה קומפוזיציה פשוטה ואינטראקציה של המרכיבים העיקריים שלה.

שסתומים מיוחדים ובורג משמשים למילוי / ניקוז שמן, ושסתום הסגירה הממוקם בתחתית המיכל נועד לקחת דגימות שמן ולאחר מכן לבצע את הניתוח הכימי שלו.

עקרונות הקירור

לשנאי החשמל שני מעגלי מחזור שמן:

1. חיצוני;

2. פנימי.

המעגל הראשון מיוצג על ידי רדיאטור המורכב מאוספנים עליונים ותחתונים המחוברים על ידי מערכת צינורות מתכת. שמן מחומם עובר דרכם, אשר בהיותו בקווי הקירור מתקרר וחוזר למיכל.

ניתן לבצע זרימת שמן במיכל:

• בצורה טבעית;

• נאלץ עקב יצירת לחץ במערכת על ידי משאבות.

לעתים קרובות, פני השטח של המיכל גדלים על ידי יצירת גלי - לוחות מתכת מיוחדים המשפרים את העברת החום בין השמן לאטמוספרה שמסביב.

כניסת החום מהרדיאטור לאטמוספירה יכולה להתבצע על ידי ניפוח המערכת על ידי מאווררים או בלעדיהם עקב הסעת אוויר חופשית. זרימת אוויר מאולצת מגבירה למעשה את סילוק החום מהציוד, אך מגבירה את צריכת האנרגיה להפעלת המערכת. הם יכולים להפחית עומס המאפיין את השנאי עד 25%.

האנרגיה התרמית המשתחררת על ידי שנאים מודרניים בעלי הספק גבוה מגיעה לערכים עצומים. ניתן לייחס את גודלו לעובדה שכעת, על חשבונו, החלו ליישם פרויקטים לחימום מבני תעשייה הממוקמים ליד שנאים הפועלים ללא הרף. הם שומרים על תנאי הפעלה אופטימליים של הציוד, גם בחורף.

בקרת מפלס שמן בשנאי

פעולתו האמינה של השנאי תלויה במידה רבה באיכות השמן שבו מתמלא המיכל שלו. בפעולה מבחינים בין שני סוגים של שמן בידוד: שמן יבש טהור, שנשפך לתוך המיכל, ושמן עבודה, שנמצא במיכל במהלך פעולת השנאי.

המפרט של שמן השנאי קובע את צמיגותו, חומציותו, יציבותו, אפר, תכולת זיהומים מכניים, נקודת הבזק, נקודת יציקה, שקיפות.

כל תנאי הפעלה חריגים של השנאי משפיעים באופן מיידי על איכות השמן, ולכן השליטה בו חשובה מאוד בהפעלת השנאים. בתקשורת עם אוויר, השמן נרטב ומחומצן. ניתן להסיר לחות מהשמן על ידי ניקוי בצנטריפוגה או במכבש מסנן.

ניתן להסיר חומציות והפרות אחרות של תכונות טכניות רק על ידי חידוש השמן במכשירים מיוחדים.

תקלות שנאי פנימיות כגון ליקויים בפיתול, כשל בידוד, חימום מקומי או "שריפה בברזל" ועוד מביאים לשינויים באיכות השמן.

השמן מופץ ברציפות במיכל. הטמפרטורה שלו תלויה במכלול שלם של גורמים משפיעים. לכן, נפחו משתנה כל הזמן, אך נשמר בגבולות מסוימים. מיכל הרחבה משמש לפיצוי על סטיות נפח של השמן. זה נוח לנטר את הרמה הנוכחית בו.

לשם כך נעשה שימוש במחוון שמן. המכשירים הפשוטים ביותר מיוצרים על פי ערכת כלי תקשורת עם קיר שקוף, מדורגים מראש ביחידות נפח.

חיבור מד לחץ כזה במקביל למיכל ההרחבה מספיק לפקח על הפעולה. בפועל, ישנם מדדי שמן נוספים השונים מעיקרון הפעולה הזה.

הגנה מפני חדירת לחות

מכיוון שחלקו העליון של מיכל ההרחבה נמצא במגע עם האטמוספרה, מותקן בו מייבש אוויר המונע חדירת לחות לשמן ומפחית את תכונותיו הדיאלקטריות.

הגנה מפני נזקים פנימיים

זהו מרכיב חשוב במערכת השמן ממסר גז... הוא מותקן בתוך הצנרת המחברת את מיכל השנאי הראשי למיכל ההרחבה. לכן, כל הגזים המשתחררים בחימום על ידי השמן והבידוד האורגני עוברים דרך המיכל עם האלמנט הרגיש של ממסר הגז.

חיישן זה מוגדר מהפעלה עבור היווצרות גז קטנה מאוד ומותר, אך מופעל כאשר הוא מתגבר בשני שלבים:

1. להנפיק אות אזהרה אור/קול לצוות השירות על התרחשות תקלה עם הגעה לערך שנקבע של הערך הראשון;

2. לכבות את מפסקי החשמל מכל צידי השנאי כדי לשחרר את המתח במקרה של גז עז, מה שמעיד על תחילתם של תהליכים רבי עוצמה של פירוק שמן ובידוד אורגני, שמתחילים בקצרים בתוך המיכל.

תפקיד נוסף של ממסר הגז הוא לפקח על מפלס השמן במיכל השנאי. כאשר הוא יורד לערך קריטי, הגנת הגז יכולה לפעול בהתאם להגדרה:

• אות בלבד;

• לכבות עם אות.

הגנה מפני הצטברות לחץ חירום בתוך המיכל

צינור הניקוז מותקן על מכסה השנאי כך שקצהו התחתון מתקשר עם קיבולת המיכל, והשמן זורם פנימה למפלס במרחיב. החלק העליון של הצינור עולה מעל הרחבה ונסוג הצידה, כפוף מעט למטה.קצהו אטום הרמטית על ידי קרום בטיחותי זכוכית, הנשבר במקרה של עליית לחץ חירום עקב התרחשות חימום לא מוגדר.

עיצוב נוסף של הגנה כזו מבוסס על התקנת אלמנטים של שסתומים הנפתחים כאשר הלחץ עולה ונסגרים כאשר הם משתחררים.

סוג נוסף הוא הגנת סיפון. הוא מבוסס על דחיסה מהירה של הכנפיים עם עלייה חדה בגז. כתוצאה מכך, המנעול המחזיק את החץ, שבמצבו הרגיל נמצא בהשפעת קפיץ דחוס, מופל. החץ המשוחרר שובר את קרום הזכוכית ובכך מקל על הלחץ.

תרשים חיבור שנאי כוח

בתוך בית הטנק ממוקמים:

• שלד עם קורה עליונה ותחתונה;

• מעגל מגנטי;

• סלילי מתח גבוה ונמוך;

• התאמת ענפים מתפתלים;

• ברזי מתח נמוך וגבוה

• החלק התחתון של תותבי המתח הגבוה והנמוך.

המסגרת, יחד עם הקורות, משמשות לחיזוק מכני של כל הרכיבים.

עיצוב פנים

המעגל המגנטי משמש להפחתת הפסדי השטף המגנטי העובר דרך הסלילים. הוא עשוי מדרגות פלדה חשמלית בשיטת למינציה.

זרם העומס זורם דרך פיתולי הפאזה של השנאי. מתכות נבחרות כחומרים לייצורן: נחושת או אלומיניום עם חתך עגול או מלבני. מותגים מיוחדים של נייר כבלים או חוט כותנה משמשים לבידוד הסיבובים.

בפיתולים קונצנטריים המשמשים בשנאי כוח, פיתול מתח נמוך (LV) ממוקם בדרך כלל על הליבה, אשר מוקף בפיתול מתח גבוה (HV) מבחוץ.סידור זה של הפיתולים, ראשית, מאפשר להעביר את פיתול המתח הגבוה מהליבה, ושנית, הוא מקל על הגישה לפיתולי המתח הגבוה במהלך תיקונים.

לקירור טוב יותר של הסלילים, משאירים ביניהן תעלות שנוצרות על ידי מרווחים מבודדים ואטמים בין הסלילים. השמן מסתובב בתעלות אלו, אשר בחימום עולות ואז יורדות דרך צינורות המיכל, בהם הם מתקררים.

סלילים קונצנטריים מפותלים בצורה של גלילים הממוקמים אחד בתוך השני. לצד המתח הגבוה נוצרת פיתול רציף או רב שכבתי ולצד המתח הנמוך פיתול ספירלי וגליל.

פיתול LV ממוקם קרוב יותר למוט: זה מקל על יצירת שכבה לבידוד שלו. לאחר מכן מותקן עליו צילינדר מיוחד המספק בידוד בין הצדדים במתח הגבוה והנמוך, ועליו מותקן סלילה HV.

שיטת ההתקנה המתוארת מוצגת בצד שמאל של התמונה למטה, עם הסידור הקונצנטרי של פיתולי מוט השנאי.

הצד הימני של התמונה מראה כיצד ממוקמים פיתולים חלופיים, מופרדים על ידי שכבת בידוד.

על מנת להגביר את החוזק החשמלי והמכני של בידוד הפיתולים, פני השטח שלהם ספוג סוג מיוחד של לכה גליפתלית.

כדי לחבר את הפיתולים בצד אחד של המתח, משתמשים במעגלים הבאים:

• כוכבים;

• משולש;

• לְזַגזֵג.

במקרה זה, הקצוות של כל סליל מסומנים באותיות של האלפבית הלטיני, כפי שמוצג בטבלה.

סוג שנאי צד מתפתל מתח בינוני מתח גבוה מתח התחלה נייטרלי סוף התחלה נייטרלי התחלה נייטרלי חד פאזי a x — ב-Ht — A x — שתי פיתולים שלושה שלבים a NS 0 — — — A x 0 b Y B Y עם G ° C Z שלוש פיתולים שלושה שלבים a x At Ht A x b Y 0 YT 0 B Y 0 ° С Z Ht ° С Z

המסופים של הפיתולים מחוברים למוליכים למטה המתאימים אשר מותקנים על ברגי מבודדי התותבים הממוקמים על מכסה מיכל השנאי.

על מנת לממש את האפשרות של התאמת הערך של מתח המוצא, נעשים ענפים על הפיתולים. אחת הגרסאות של ענפי הבקרה מוצגת בתרשים.

מערכת ויסות המתח מתוכננת עם היכולת לשנות את הערך הנומינלי בתוך ± 5%. כדי לעשות זאת, השלם חמישה שלבים של 2.5% כל אחד.

עבור שנאי כוח גבוהים, הרגולציה נוצרת בדרך כלל על פיתול מתח גבוה. זה מפשט את העיצוב של מתג הברז ומאפשר לשפר את הדיוק של מאפייני הפלט על ידי מתן יותר סיבובים בצד זה.

בסלילים גליליים רב שכבתיים, הענפים המווסתים עשויים בצד החיצוני של השכבה בקצה הסליל וממוקמים באופן סימטרי באותו גובה ביחס לעול.

עבור פרויקטים בודדים של שנאים, ענפים נעשים בחלק האמצעי. כאשר משתמשים במעגל הפוך, חצי אחד של הליפוף נעשה עם הסליל הימני והשני עם הסליל השמאלי.

מתג תלת פאזי משמש להחלפת הברזים.

יש לו מערכת של מגעים קבועים, המחוברים לענפי הסלילים, וניידים, המחליפים את המעגל, ויוצרים מעגלים חשמליים שונים עם מגעים קבועים.

אם הענפים נעשים ליד נקודת האפס, אז מתג אחד שולט בפעולת כל שלושת השלבים בבת אחת. ניתן לעשות זאת מכיוון שהמתח בין החלקים הבודדים של המתג אינו עולה על 10% מהערך הליניארי.

כאשר מבוצעים ברזים בחלק האמצעי של הפיתול, משתמשים במתג נפרד משלו עבור כל שלב.

שיטות לכוונון מתח המוצא

ישנם שני סוגים של מתגים המאפשרים לך לשנות את מספר הסיבובים בכל סליל:

1. עם הפחתת עומס;

2. תחת עומס.

השיטה הראשונה לוקחת יותר זמן והיא אינה פופולרית.

מיתוג עומסים מאפשר ניהול קל יותר של רשתות חשמל על ידי אספקת חשמל ללא הפרעה לצרכנים המחוברים. אבל כדי לעשות את זה, אתה צריך עיצוב מורכב של המתג, המצויד בפונקציות נוספות:

• ביצוע מעברים בין ענפים ללא הפרעה של זרמי עומס על ידי חיבור שני מגעים סמוכים במהלך המיתוג;

• הגבלת זרם הקצר בתוך הפיתול בין הברזים המחוברים במהלך הפעלתם בו-זמנית.

הפתרון הטכני לבעיות אלו הוא יצירת התקני מיתוג המופעלים בשלט רחוק, תוך שימוש בכורים ובנגדים מגבילי זרם.

בתמונה המוצגת בתחילת המאמר, שנאי הכוח משתמש בכוונון אוטומטי של מתח המוצא תחת עומס על ידי יצירת עיצוב AVR המשלב מעגל ממסר לשליטה במנוע חשמלי עם מפעיל ומגעים.

עיקרון ודרכי פעולה

פעולתו של שנאי כוח מבוססת על אותם חוקים כמו בשנאי קונבנציונלי:

• זרם חשמלי העובר דרך סליל הכניסה עם הרמוניה משתנה בזמן של התנודות גורם לשדה מגנטי משתנה בתוך המעגל המגנטי.

• השטף המגנטי המשתנה החודר לסיבובים של הסליל השני משרה בהם EMF.

דרכי פעולה

במהלך ההפעלה והבדיקה, שנאי הכוח עשוי להיות במצב הפעלה או חירום.

אופן הפעולה שנוצר על ידי חיבור מקור מתח לפיתול הראשוני והעומס למשנית. במקרה זה, ערך הזרם בפיתולים לא יעלה על הערכים המותרים המחושבים. במצב זה, שנאי הכוח חייב לספק את כל הצרכנים המחוברים אליו במשך זמן רב ובאופן אמין.

גרסה של מצב ההפעלה היא בדיקות ללא עומס וקצר כדי לבדוק את המאפיינים החשמליים.

חוסר עומס שנוצר על ידי פתיחת המעגל המשני כדי לכבות את זרימת הזרם בו. הוא משמש כדי לקבוע:

• יְעִילוּת;

• גורם טרנספורמציה;

• הפסדים בפלדה עקב מגנטיזציה הליבה.

ניסיון קצר חשמלי נוצר על ידי קצר חשמלי של המסופים של הפיתול המשני, אך עם מתח נמוך בכניסת השנאי לערך המסוגל ליצור זרם נקוב משני מבלי לחרוג ממנו.שיטה זו משמשת לקביעת הפסדי נחושת.

למצבי חירום, שנאי כולל כל הפרה של פעולתו, מה שמוביל לסטייה של פרמטרי ההפעלה מחוץ לגבולות הערכים המותרים שלהם. קצר חשמלי בתוך הפיתולים נחשב מסוכן במיוחד.

מצבי חירום מובילים לשריפות של ציוד חשמלי ולהתפתחות של השלכות בלתי הפיכות. הם מסוגלים לגרום נזק מסיבי למערכת החשמל.

לכן, על מנת למנוע מצבים כאלה, כל שנאי הכוח מצוידים בהתקני מיגון ואיתות אוטומטיים, אשר נועדו לשמור על פעילות תקינה של הלולאה הראשונית ולנתק אותה במהירות מכל הצדדים במקרה של תקלה.