Transformatory używane w kopalniach (z diagramem)

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o typach i konserwacji transformatorów stosowanych w kopalniach.

Transformatory:

Transformatory są szeroko stosowane w kopalniach, zarówno na powierzchni, jak i pod ziemią. Aby utrzymać spadek napięcia do niskiej wartości bez użycia dużych kabli, energia elektryczna jest rozdzielana na 3300 woltów lub 6 600 woltów.

Napięcie to, mimo że idealne do dystrybucji, jest zbyt wysokie, aby można było z niego korzystać na maszynach węglowych lub w mniejszych maszynach gdzie indziej pod ziemią, dlatego transformatory są używane do transformacji wysokiego napięcia do 550 woltów lub 1100 woltów.

Najczęstsze napięcie w kopalniach wynosi 550 woltów. Płyty wiertnicze i panele oświetleniowe zawierają również transformatory, aby uzyskać wymagane niższe napięcia z zasilania średniego napięcia. Te transformatory są nazywane transformatorami step down.

W kopalniach transformatory typu "step-up" wcale nie są wykorzystywane do wspólnego celu. Transformator, w rzeczywistości, jest urządzeniem do uzyskiwania prądu przemiennego o wymaganym napięciu z prądu przemiennego innego napięcia.

Transformatory są dwojakiego rodzaju:

(a) Transformatory jednofazowe i

(b) Transformatory wielofazowe.

(a) Transformatory jednofazowe:

Transformator jednofazowy składa się z dwóch cewek, całkowicie odizolowanych od innej rany, do laminowanego rdzenia z miękkiego żelaza silikonu. Zasilanie jest połączone z jednym uzwojeniem, znanym jako pierwotne, a wyjście jest pobierane z drugiego, zwanego wtórnym.

Uzwojenie wtórne jest zwykle nawinięte na laminowany rdzeń, ale cewki są odpowiednio izolowane od laminowanego rdzenia. Uzwojenie pierwotne jest nawinięte na uzwojenie wtórne. Odpowiedni cylinder izolacyjny znajduje się pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym.

Na rys. 12.1 pokazano elektryczną reprezentację transformatora jednofazowego:

(b) Transformatory wielofazowe:

Transformator przeznaczony do zmiany napięcia zasilania o więcej niż jednej fazie musi być wyposażony w uzwojenie pierwotne i uzwojenie wtórne dla każdej fazy. Transformator do zasilania trójfazowego ma strukturę rdzeniową podobną do przedstawionej na rys. 12.2. Jedno uzwojenie pierwotne nawijane jest z odpowiednim uzwojeniem wtórnym na każde ramię rdzenia.

W transformatorze wielofazowym wszystkie uzwojenia pierwotne są wzajemnie połączone, aby zakończyć obwód pierwotny, a podobnie wszystkie uzwojenia wtórne są połączone w celu uzupełnienia obwodu wtórnego. Uzwojenia trójfazowego transformatora mogą być połączone w gwiazdę lub w trójkąt.

Zasada działania transformatora opiera się na podstawowej zasadzie ciągłej wzajemnej indukcji. Kiedy przemienne zasilanie jest podłączone do uzwojenia pierwotnego transformatora (wtórnego pozostającego połączonego), prąd płynie w obwodzie pierwotnym.

Uzwojenie ma bardzo wysoką impedancję indukcyjną, tak że prąd płynący jest bardzo mały. Ponieważ uzwojenie ma niską rezystancję w porównaniu z tą indukcyjnością, prąd pozostaje prawie 90 ° za przyłożonym napięciem. Ten prąd opóźniający nazywany jest prądem magnesującym, ponieważ jego funkcją jest tworzenie ciągle zmieniającego się pola magnetycznego.

Uzwojenie wtórne transformatora leży w tym polu magnetycznym, tak że indukowane jest w nim napięcie przemienne. Wywołane emf jest opóźnione o 90 ° w stosunku do prądu magnesującego, który go indukuje. Dlatego też emf ten znajduje się w odległości 180 ° za napięciem pierwotnym, tj. Napięcie wtórne znajduje się w fazie przeciwzakłóceniowej z napięciem pierwotnym. Rys. 12.3 wyjaśnia to.

Niezależnie od tego, jakie napięcie zostanie przyłożone do uzwojenia pierwotnego transformatora wzbudzonego w obwodzie wtórnym, jest ono proporcjonalne do niego, rzeczywisty stosunek między nimi zależy od konstrukcji transformatora.

W transformatorze jednofazowym stosunek napięcia pierwotnego i wtórnego jest taki sam, jak stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego do liczby zwojów uzwojenia wtórnego. Związek wyraża się wzorem

Dlatego też wszystkie transformatory obniżające napięcie mają mniej zwojów w uzwojeniu wtórnym niż w uzwojeniu pierwotnym. I odwrotnie, transformatory krokowe mają więcej zwojów w uzwojeniu wtórnym niż w uzwojeniu pierwotnym. Jeśli na przykład uzwojenie pierwotne ma 50 zwojów, a wtórne ma 100 zwojów, napięcie wyjściowe będzie dwa razy większe od napięcia wejściowego.

Transformator zostanie opisany jako transformator podwyższający 2: 1. Podobnie, jeśli pierwotny ma 200 zwojów, a drugorzędny ma 100, napięcie wyjściowe będzie o połowę niższe od napięcia wejściowego, dając transformator obniżający 2: 1.

Podobna zależność utrzymuje się pomiędzy napięciem wejściowym i wyjściowym transformatorów trójfazowych, pod warunkiem, że oba zestawy uzwojeń są połączone w ten sam sposób, tj. Pod warunkiem, że oba są połączone w gwiazdę lub oba są połączone w trójkąt, jak pokazano na rys. 12.4.

Jeżeli dwa zestawy uzwojenia są połączone inaczej, stosunek utrzymuje się pomiędzy napięciami w odpowiednich uzwojeniach, ale stosunek między końcówkami wejściowymi i wyjściowymi jest różny, jak pokazano na rys. 12.4.

Jednak w idealnym transformatorze zapewnione jest, że cały strumień generowany przez przemienny emf w pierwotnym, łączy wszystkie zwoje w uzwojeniu wtórnym. W praktyce, w praktyce, należy wziąć pod uwagę współczynnik przecieku. Jednak ustalona zależność między napięciem a tworzonym strumieniem jest

Obwód zastępczy transformatora:

Teraz rzućmy okiem na rzeczywisty równoważny obwód transformatora, który ma X ₁ i R1 jako pierwotną reaktancję i rezystancję, a X ₂ i R2 jako wtórną reaktancję i rezystancję. Rys. 12.4 pokazuje uproszczony równoważny obwód o rezystancji R i reaktancji X, odniesiony do pierwotnego. Wartości R i X są podane jako

Z testu zwarcia (co oznacza przepuszczenie prądu pełnego obciążenia przez transformator ze zwarciem pierwotnym lub wtórnym) można wyznaczyć wartości R i X. W rzeczywistości, z powodu zwarcia któregokolwiek z zwojów, wymagane będzie obniżone napięcie. To napięcie jest również nazywane napięciem impedancji.

Teraz, gdy transformator zostanie załadowany, nastąpi spadek napięcia z powodu oporu uzwojenia pierwotnego i wtórnego, a także z powodu strumienia magnetycznego wycieku, który w rzeczywistości wzrasta wraz ze wzrostem obciążenia. W rzeczywistości, z powyższego rozumowania, regulacja zwiększa się wraz ze wzrostem obciążenia.

Transformator prądu:

Przekładnik prądowy jest rodzajem transformatora zaprojektowanego do nadawania napięcia wyjściowego proporcjonalnego do prądu płynącego w uzwojeniu pierwotnym. Pierwotny taki transformator byłby połączony szeregowo z obciążeniem w obwodzie mocy, takim jak silnik, oraz z wyjściem wtórnym wykorzystywanym w celu wykorzystania w systemie zabezpieczenia przed przeciążeniem.

Prąd płynący w pierwotnym jest zatem określony przez dostarczane obciążenie, a na obwód mocy praktycznie nie ma wpływu stosunkowo niewielka moc pobierana przez transformator.

Pierwotny transformator prądu składa się zwykle z jednego lub dwóch zwojów uformowanych z ciężkiego przewodnika miedzianego. Uzwojenie wtórne ma zwykle bardzo dużą liczbę zwojów i oba zwoje są uformowane na rdzeniu laminującym.

Niektóre przekładniki prądowe składają się z uzwojenia wtórnego, które jest zaciśnięte nad izolacją pojedynczego rdzenia. Pole magnetyczne wytwarzane przez prąd przepływający przez środek rdzenia jest wystarczające do wywołania wyjścia w obwodzie wtórnym.

Przekładnik prądowy działa na tej samej zasadzie co zwykły przekładnik napięciowy, ale zasada jest stosowana w inny sposób. Ponieważ napięcie i częstotliwość zasilania całego obwodu są stałe, prąd zmienia się tylko wtedy, gdy zmienia się całkowita impedancja obwodu.

Jeśli prąd wzrasta, całkowita impedancja zmniejszyła się, a impedancja pierwotnego transformatora, choć bardzo niewielka, reprezentuje większą część całkowitej impedancji obwodu. Różnica potencjałów między pierwotnymi jest zatem zwiększona, a napięcie wtórnego wyjścia zwiększa się proporcjonalnie. System objaśniono na rys. 12.5 w celu łatwego odniesienia i wykonania.

Auto Transformer:

Auto-transformator działa na zasadzie podobnej do zwykłego transformatora, ale ma tylko jedno uzwojenie, które jest wspólne dla obwodów pierwotnych i wtórnych, jak pokazano na rys. 12.6. Generalnie jest to transformator obniżający o stosunkowo niewielkiej różnicy między napięciem pierwotnym i wtórnym.

Jego jedynym zastosowaniem w kopalniach jest uruchamianie silników prądu przemiennego. Nigdy nie jest używany do ciągłego zasilania obwodu niskiego napięcia, ponieważ istnieje niebezpieczeństwo, że w przypadku wadliwego połączenia całe napięcie pierwotne może zostać przyłożone do obwodu wtórnego.

Transformator podziemny:

We wcześniejszych dniach wszystkie transformatory zasilające podziemne były zasilane olejem, o mocy od 75 KVA do około 250 KVA, ale obecnie są one zastępowane przez ognioodporne certyfikowane suche transformatory od 300 KVA do 750 KVA.

Praktycznie wszystkie urządzenia pokładowe otrzymują zasilanie z tych transformatorów ognioszczelnych używanych do zasilania obwodów iskrobezpiecznych, takich jak obwody sygnalizacyjne. Są one specjalnie skonstruowane z uziemionym ekranem pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, aby zapewnić, że pierwotne napięcie nie może być podłączone do obwodu wtórnego, nawet jeśli wystąpi całkowite uszkodzenie izolacji.

Transformatory olejowe:

Transformatory zaprojektowane do przenoszenia dużych obciążeń mechanicznych są zwykle napełniane olejem izolacyjnym, tak aby wszystkie zwoje i rdzeń zostały zanurzone. Olej zapobiega przedostawaniu się wilgoci (co znacznie obniża wytrzymałość izolacji powietrznej), a tym samym utrzymuje wyższą rezystancję izolacji pomiędzy uzwojeniami i między częściami pod napięciem a ziemią.

Olej pomaga również w chłodzeniu transformatora. Ciężkie prądy elektryczne przepływające przez uzwojenia powodują znaczny wzrost temperatury. Gdy otaczający olej staje się gorący, w oleju ustawiane są prądy konwekcyjne, które pomagają odprowadzać ciepło z uzwojenia.

Niektóre transformatory są zbudowane z rurami chłodzącymi wystającymi z boków obudowy lub zbiornika. Ropa krążąca w rurach jest szybciej chłodzona, dzięki czemu chłodzenie transformatora jest bardziej wydajne. Większe transformatory wypełnione olejem są wyposażone w odpowietrznik, dzięki czemu powietrze może przedostawać się i znikać, gdy olej rozszerza się lub kurczy, gdy jest ogrzewany lub chłodzony.

Odsysacz będzie zwykle zawierał środek pochłaniający wilgoć, taki jak żel krzemionkowy, aby zapobiec wciągnięciu wilgoci i zanieczyszczeniu oleju. Żele krzemionkowe po wyschnięciu będą miały kolor niebieski, a po nawilżeniu kolor zmieni się na różowy.

Ognioodporne transformatory chłodzone powietrzem:

Wraz z wprowadzeniem mechanizacji węglowej, liczba i rozmiary maszyn pokładowych znacząco wzrosły i konieczne stało się zainstalowanie większych transformatorów blisko powierzchni pokładowej, aby ograniczyć do minimum spadek napięcia między transformatorem i silnikiem.

Transformatory te są typu suchego, tzn. Zbiornik jest pełen powietrza. Zbiorniki są ze spawanych konstrukcji stalowych i posiadają certyfikat ognioodporności. Rozdzielnica WN sterująca transformatorem jest również ognioodporna i jest zamontowana na transformatorze.

Na LV i transformatorze znajduje się ognioodporna komora, w której znajduje się wyciek prądu i sprzęt zabezpieczający przed zwarciem. Jeżeli układ ochrony upływu lub układ ochrony przeciwzwarciowej wykryje błąd w obwodzie wyjściowym LV, automatycznie przestawi wyłącznik WN. Przełącznik HV zapewnia również ochronę przeciążeniową i ziemnozwarciową transformatorów.

Moc w transformatorze:

Jeżeli uzwojenie wtórne jest podłączone do obwodu z obciążeniem, indukowane napięcie doprowadzi prąd przez obciążenie. Wtórny transformator zasila zatem swój obwód. Moc dostarczana przez wtórne może pochodzić tylko ze źródła zasilania w obwodzie pierwotnym. Gdy prąd płynie w obwodzie wtórnym, odpowiedni prąd płynie w obwodzie pierwotnym.

Moc jest przenoszona z obwodu pierwotnego do obwodu wtórnego za pomocą ciągle zmieniającego się pola magnetycznego, które łączy te dwa. Laminowany rdzeń intensyfikuje pole, a przeplatanie się uzwojenia sprawia, że ​​ogniwo jest jak najbardziej zbliżone. W dobrze zaprojektowanym transformatorze bardzo mała moc jest rozpraszana w samym transformatorze.

Moc pobierana z transformatora przez obwód wtórny jest zatem prawie taka sama, jak moc pobierana przez transformator z obwodu pierwotnego. W efekcie moc przechodzi z pierwotnego źródła zasilania przez transformator do urządzenia, które jej używa. Efektem działania transformatora jest jedynie zmiana napięcia, przy którym dostarczana jest energia.

Moc przekazywana przez obwód jest określana zarówno przez napięcie przyłożone do niego, jak i prąd płynący w nim. Ponieważ moc pobierana przez obwód wtórny jest równa mocy dostarczanej przez obwód pierwotny, prąd wymagany do transmisji określonej ilości mocy w dwóch obwodach zależy od napięć, przy których obwód działa.

Stosunek między prądem pierwotnym i wtórnym jest zatem odwrotnością stosunku między napięciami. Prąd magnetyzujący jest "tak mały w stosunku do prądów przenoszących moc, że dla większości celów jego efekty mogą być ignorowane.

Chociaż uzwojenia transformatora są wysoce indukcyjne, prąd, który płynie w nich, gdy transformator jest obciążony, niekoniecznie pozostaje w tyle za ich napięciami. Gdyby na przykład ładunek w obwodzie wtórnym był pojemnościowy, wówczas prądy w obu obwodach doprowadziłyby do ich napięć.

Prądy pierwotne i wtórne, takie jak napięcie pierwotne i wtórne, są w fazie. Jakikolwiek wsteczny impuls indukowany w uzwojeniu wtórnym przez prąd wtórny jest anulowany przez emf do przodu indukowany wzajemnie w tym uzwojeniu przez prąd pierwotny. Podobnie każdy indukowany z powrotem w uzwojeniu pierwotnym z powrotem emf jest anulowany przez emf do przodu indukowany wzajemnie przez prąd wtórny.

Jeżeli jednak obciążenie wtórne ma opóźniony lub wyprzedzający współczynnik mocy, ten współczynnik mocy jest przenoszony z obwodu wtórnego do pierwotnego. Prądy pierwotny i wtórny pozostają w fazie antyfazowej, a każdy z nich opóźnia się lub doprowadza napięcie o tę samą wartość.

Należy zauważyć, że prąd magnesujący w obwodzie pierwotnym, będący prądem indukcyjnym, ma niewielki wpływ, ponieważ powoduje całkowite opóźnienie całkowitego prądu pierwotnego w porównaniu z prądem wtórnym. Transformatory mają zatem udział w opóźniającym współczynniku mocy w systemie szybowym, ale wpływ transformatora na współczynnik mocy jest niewielki w porównaniu z działaniem silnika indukcyjnego, który dostarcza.

Konserwacja transformatora:

W przeciwieństwie do silników, ponieważ transformatory nie mają ruchomych części, wymagają one bardzo niewielkiej konserwacji, jeśli są odpowiednio dopasowane do obciążenia, a system zasilania i sterowania jest wydajny. Najważniejsze zadania związane z konserwacją transformatora są jednak przedstawione poniżej.

Harmonogram konserwacji każdego transformatora dający częstotliwość inspekcji oraz kontrole, które należy przeprowadzić przy każdej okazji, zostaną określone przez inżyniera elektryków kopalnianych i należy to dokładnie przestrzegać.

1. Ogólne:

Sprawdzaj od czasu do czasu transformator, aby upewnić się, że połączenia, uzwojenia i rdzeń są w dobrym stanie. W przypadku transformatora ognioszczelnego należy sprawdzić, czy nie ma pęknięć i czy nie ma poprawnych przerw między złączami.

2.Temperatura:

Zapisz temperaturę uzwojeń, aby upewnić się, że transformator nie przegrzewa się. Sprawdzenie temperatury jest bardziej niezawodne, jeśli zostanie przeprowadzone po tym, jak transformator będzie pracował na pełnym obciążeniu przez kilka godzin.

Przegrzanie jest najprawdopodobniej spowodowane przeciążeniem elektrycznym, ale może być również spowodowane uszkodzeniem izolacji pomiędzy laminowaniem rdzenia lub, w transformatorze wypełnionym olejem, pogorszeniem jakości oleju lub uszkodzeniem izolacji między warstwy lub zwoje uzwojenia transformatora.

3. Izolacja:

Regularnie sprawdzaj izolację, aby upewnić się, że nie pogorszyła się fizycznie, np. Że nie stała się krucha. Zmierzyć rezystancję izolacji między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym oraz między każdym uzwojeniem a ziemią za pomocą odpowiedniego testera.

Aby przetestować rezystancję izolacji uzwojenia wtórnego na ziemi, konieczne jest usunięcie łącznika uziemiającego punktu zerowego, jeśli taki występuje. Ważne jest, aby po zakończeniu testu wymienić linkę uziemiającą.

4. Odporność na przewijanie:

Zmierz rezystancję uzwojeń za pomocą mostu i porównaj odczyty od czasu do czasu z wartościami podanymi w specyfikacji. Zaznaczona rozbieżność od oczekiwanej i określonej wartości, szczególnie jeśli występuje tylko w jednej fazie uzwojenia, wskazuje na usterkę, np. Zwarcie między zwojami.

5. Poziom oleju:

Zanotuj poziom oleju i dodaj świeżego oleju, jeśli to konieczne, aby utrzymać prawidłowy poziom. Obudowa lub zbiornik powinny zostać sprawdzone pod kątem ewentualnych wycieków oleju.

6. Oil Condition:

Sprawdź olej pod kątem oznak sanek. Szlam będzie postrzegany jako lepkie osady na zwojach i bokach lub dnie zbiornika. Jego obecność powoduje owinięcie zwojów i zapobiega chłodzeniu oleju. W przypadku znalezienia szlamu transformator należy opróżnić, dokładnie wyczyścić z oleju i ponownie napełnić świeżym i sprawdzonym olejem.

7. Testy oleju:

Raz do roku lub częściej, jeśli to konieczne lub wątpliwe, pobiera się próbkę oleju z transformatora i przesyła do laboratorium w celu przetestowania. Testy mają na celu upewnienie się, że olej nie wchłonął wody i że nie zakwasiła się. Obecność wilgoci w oleju obniża jego wytrzymałość dielektryczną i może prowadzić do uszkodzenia izolacji. Kwasowość powoduje korozję wewnątrz uzwojenia transformatora.

8. Odpowietrzający:

Jeśli transformator jest wypełniony odpowietrznikiem, zanotuj stan żelu krzemionkowego i odnów substancję chemiczną po nasyceniu. Żel krzemionkowy jest zwykle barwiony, aby wskazać jego stan, zmienia się z niebieskiego na różowy, ponieważ pochłania wilgoć.