Jaká je funkce jádra v olejovém transformátoru?

V energetickém systému je olejový transformátor klíčovým elektrickým zařízením používaným k dosažení přeměny energie mezi různými úrovněmi napětí. Ve vnitřní struktuře transformátoru je železné jádro jednou z hlavních součástí, které určují jeho výkon, účinnost a stabilitu.

1. Základní funkce železného jádra
Hlavní funkcí se roztrhl transformátor ponořený v oleji je přenos energie mezi primárním vinutím a sekundárním vinutím na principu elektromagnetické indukce. Železné jádro je klíčovým médiem v tomto procesu přeměny energie.

1. Zajistěte dráhu magnetického toku
Primární funkcí železného jádra je poskytovat kanál s nízkým magnetickým odporem pro magnetický tok transformátoru. Když proud protéká primárním vinutím, vzniká střídavé magnetické pole a tyto magnetické toky protékají železným jádrem a indukují napětí v sekundárním vinutí. Existence železného jádra výrazně zvyšuje účinnost magnetické vazby.

2. Snižte energetické ztráty
Ve srovnání se vzduchem je magnetická permeabilita materiálu železného jádra (jako je plech z křemíkové oceli válcovaný za studena) mnohem vyšší, což může účinně koncentrovat magnetický tok a snížit únikový magnetický jev, čímž se výrazně sníží energetické ztráty a zlepší se účinnost transformátoru.

3. Stabilita nosné konstrukce
Železné jádro je nejen dráha magnetického toku, ale také mechanická nosná konstrukce pro celé vinutí. Dokáže odolat elektromagnetické síle při zkratu a zachovat stabilitu vnitřní struktury transformátoru.

2. Materiál a struktura železného jádra

1. Výběr materiálu
Železné jádro je obvykle vyrobeno z **za studena válcovaných orientovaných křemíkových ocelových plechů (CRGO)** s vysokou magnetickou permeabilitou a nízkými ztrátami. Křemíková ocel obsahuje 2% až 3% křemíku, což může výrazně zvýšit magnetickou permeabilitu a snížit ztráty vířivými proudy.

2. Struktura laminace (Laminace)
Aby se snížila ztráta vířivými proudy (Eddy Current Loss), železné jádro není celý blok, ale je složeno z vrstev tenkých plechů oddělených izolační barvou. Typická tloušťka je 0,23 mm nebo 0,27 mm.

3. Strukturální forma
Běžné formy železného jádra transformátorů ponořených do oleje jsou:

Struktura jádra (typ jádra): Vinutí obklopuje železné jádro;

Struktura pláště (Typ Shell): Železné jádro obklopuje vinutí;

Třífázová třísloupcová struktura: běžně se používá v třífázových transformátorech ke snížení spotřeby materiálu a spotřeby energie.

3. Elektromagnetické vlastnosti železného jádra a účinnost transformátoru
Kvalita železného jádra přímo ovlivňuje výkon transformátoru, zejména v následujících aspektech:

1. Ztráta jádra
Zahrnuje ztrátu hystereze a ztrátu vířivými proudy, které jsou hlavními zdroji ztrát, když je transformátor nezatížený. Vysoce kvalitní plechy z křemíkové oceli mohou tuto část ztrát výrazně snížit.

2. Problém saturace magnetického toku
Železné jádro má určitou mez přenosu magnetického toku. Když je tento limit překročen (tj. magnetická saturace), indukované napětí se již nebude lineárně měnit a způsobí nárůst tepla a elektrické selhání. Proto je třeba při návrhu zvážit rozumnou hustotu magnetického toku (obecně řízenou na 1,5~1,7 T).

3. Magnetická kontrola úniku
Unikající magnetický tok povede ke snížení účinnosti indukce, místnímu přehřátí a dokonce k interferenci s okolním zařízením. Optimalizace tvaru železného jádra a uspořádání vinutí může pomoci snížit dopad únikového magnetického toku.

4. Společná práce železného jádra a chladicího systému ponořeného do oleje
U transformátorů ponořených do oleje hraje transformátorový olej jak izolační roli, tak se používá k chlazení součástek generujících teplo. Železné jádro bude generovat velké množství tepla kvůli častým změnám magnetického toku, takže k odvádění tepla je potřeba transformátorový olej.

Olej protéká mezerou jádra a účinně odebírá teplo;

Zlepšení účinnosti chlazení pomocí systému nucené cirkulace oleje;

Zajistěte plný kontakt a izolaci mezi jádrem a olejovým izolačním materiálem.

5. Klíčové technologie ve výrobě jader

1. Technologie řezání a stohování
Kusy jádra musí být přesně řezány, aby byla zajištěna geometrická konzistence. Proces stohování využívá technologie jako „step lap“ a „staged stacking“ k efektivnímu snížení magnetického odporu a mezer.

2. Protihlukové provedení
Jádro bude generovat hluk díky magnetostrikčnímu efektu pod vysokofrekvenčním střídavým magnetickým polem, kterému se říká "bzučení". Pro snížení hluku je nutné:

Přísně kontrolujte mezeru mezi jádry;

Použijte antivibrační strukturu a olejové polštářky;

Pro snížení vibrací použijte "plné zkosené spoje" nebo "45° překrytí".

6. Běžné poruchy a body údržby
Během dlouhodobého provozu může mít železné jádro následující problémy:

Lokální přehřátí: může být způsobeno špatným kontaktem nebo zkratem železného jádra;

Uvolněné železné jádro: způsobuje zvýšený hluk a držák je třeba utáhnout;

Částečné vybití nebo porucha: obvykle způsobena poruchou izolace nebo znečištěním olejem.

Preventivní opatření zahrnují:

Pravidelné infračervené měření teploty pro kontrolu rozložení teploty železného jádra;

Analýza kvality oleje pro zajištění pevnosti izolace;

Online detekce částečného vybití pro pochopení provozního stavu.

Železné jádro jako hlavní součást olejového transformátoru má více funkcí než jen „magnetické vedení“. Hraje více rolí, jako je vedení magnetického toku, snížení ztrát, podpůrné struktury a zlepšení stability. Je to klíčový faktor při určování výkonu, životnosti a bezpečnosti transformátoru. Jak se energetický systém vyvíjí směrem k vysokému napětí, velké kapacitě, úspoře energie a ochraně životního prostředí, materiál a konstrukce železného jádra se také neustále vyvíjejí a poskytují pevný základ pro efektivní provoz transformátoru.