Transformatorviklinger og transformatorisolering

Transformatorviklinger er kredsløbskomponenterne i en transformer og er kernedele til elektromagnetisk energikonvertering. De er lavet af isolerede ledninger (normalt kobber eller aluminium) viklet efter et specifikt mønster og transmitterer energi gennem princippet om elektromagnetisk induktion.

1. Hovedfunktioner

• Oprettelse af et magnetfelt: Når primærviklingen forsynes med vekselstrøm, etableres et magnetisk vekselfelt.
• Inducerende elektromotorisk kraft: Dette vekslende magnetfelt passerer gennem sekundærviklingen og inducerer en elektromotorisk kraft (spænding) i sekundærviklingen.
• Ændring af spænding: Ved at justere drejningsforholdet for de primære og sekundære viklinger kan spændingen øges eller nedtrappes.

2. Typer af viklinger (klassificeret efter spændingsniveau og relativ position)

• Høj-spændingsvikling: Vikling, der modstår højere spænding. Har normalt et mindre trådtværsnit-(da strømmen er relativt lille), men kræver høj isolering.
• Lav-spændingsvikling: Vikling, der modstår lavere spænding. Har normalt et større trådtværsnit- (da strømmen er relativt stor) og har relativt lavere isoleringskrav.

Strukturelt, baseret på deres arrangement på kernen, er de hovedsageligt opdelt i to typer:

(1) Koncentrisk vikling:

• Struktur: Høj-- og lavspændingsviklingerne er viklet til cylindriske former med forskellige diametre og anbragt koncentrisk på kernebenet.
• Fælles arrangement: For at lette isoleringen placeres lav-spændingsviklingen normalt på indersiden (tættere på kernen) og højspændingsviklingen på ydersiden. Dette skyldes, at isolering mellem lav-spændingsviklingen og kernen (jordet) er lettere at håndtere.
• Anvendelse: De fleste krafttransformatorer (især dem med større kapacitet) bruger denne struktur. Fremstillingsprocessen er forholdsvis enkel, og strukturen er robust.

(2) Interleaved vikling:

• Struktur: Både høj-spændings- og lavspændingsviklingerne- er lavet til skiveformer og skiftevis stablet i højden af ​​kernebenet.
• Fordele: Reduceret lækageflux mellem viklingerne, høj mekanisk styrke og stærk kortslutningsmodstand.
• Anvendelse: Anvendes hovedsageligt til specielle transformere, såsom elektriske ovntransformatorer og svejsetransformatorer, som skal modstå store elektromagnetiske kræfter.

3. Hovedkrav til viklinger
Elektrisk ydeevne: Skal modstå langtids-driftsspænding og forbigående overspænding (såsom lynnedslag).
Mekanisk ydeevne: Strukturen skal være stærk nok til at modstå de enorme elektromagnetiske kræfter, der genereres under kortslutninger uden deformation.
Termisk ydeevne: Bør have god varmeafledning for at sikre, at temperaturstigningen under langtidsbelastning ikke overstiger grænsen.
Procesydelse: Vikleprocessen skal være enkel, økonomisk og pålidelig.

Det er materialesystemet, der isolerer forskellige dele af viklingen fra hinanden og adskiller viklingen fra jordede dele (såsom kernen og olietanken). Det er en ikke-kredsløbsdel af transformeren, men bestemmer transformerens sikkerhed og levetid.
1. Hovedfunktioner

• Potentialisolering: Adskiller pålideligt ledende dele med forskellige potentialer (såsom høj- og lavspændingsviklinger og vikling fra kernen) for at forhindre kortslutninger.
• Varmeafledningskanal: Isolerende materialer (såsom transformerolie) tjener ofte som kølemedier, der overfører den varme, der genereres af viklingen og kernen.
• Mekanisk støtte: Isolerende materialer (såsom isoleringsplade) hjælper også med at fikse og understøtte viklingerne.

2. Isolationsklassificering (efter placering og funktion)
Transformatorisoleringssystemet er normalt opdelt i to hovedkategorier:

• Indvendig isolering: Placeret inde i transformatorolietanken, ikke i direkte kontakt med den eksterne luft.
• Hovedisolering: Refererer til isolationen mellem viklinger og jordede dele (såsom kernen og olietanken) og mellem viklinger med forskellige spændingsniveauer (såsom mellem høj-spænding og lav-spændingsviklinger). Dette er kernen i transformatorisoleringssystemet og bestemmer transformatorens spændingsniveau.
• Længdeisolering: Refererer til isolering inden for den samme vikling, såsom isolering mellem vindinger (drej-til-drejning af isolering), mellem viklingslag (lag-til-lagsisolering) og mellem vindingssektioner (sektion-til-sektion).
• Ekstern isolering: Refererer til isoleringsdele, der er udsat for luften uden for transformeren, hovedsageligt isoleringen i toppen af ​​bøsninger (uden for olietanken). Dens isoleringsstyrke afhænger hovedsageligt af luftforhold og krybeafstand.

3. Vigtigste isoleringsmaterialer
Isoleringen af ​​transformatorer (især olie-nedsænkede transformatorer) er et sammensat system. Fælles materialer omfatter:
(1) Flydende isoleringsmaterialer:

• Mineral Transformer Oil: Den mest brugte. Funktioner omfatter: isolering (meget højere dielektrisk styrke end luft), varmeafledning (fjerner varme gennem konvektion), beskyttelse (isolerer ilt, forsinker materialeældning).
• Syntetisk eller naturlig esterisoleringsolie: Såsom silikoneolie eller vegetabilsk isoleringsolie, der almindeligvis anvendes på steder med høje krav til brandmodstandsdygtighed.

(2) Faste isoleringsmaterialer:

• Isoleringspapir, isoleringsplade: Anvendes til drejningsisolering, lagisolering, adskillere mellem viklinger og isoleringscylindre. Olie-papirets kompositisoleringssystem er den mest klassiske og pålidelige type transformatorisolering.
• Epoxyharpiks: Udbredt i tørre transformatorer-, der danner en solid samlet isolering gennem støbning.
• NOMEX® Paper: Et-højtydende aromatisk polyamidpapir med høj termisk modstand, almindeligvis brugt i tør-type eller specielle transformatorer.

Transformatorviklinger er 'kredsløbskanalerne' til at opnå elektromagnetisk energiomdannelse, mens transformatorisolering er 'beskyttelsessystemet', der sikkert adskiller komponenter med forskellige potentialer; isolering fungerer som "panser" for viklingerne, hvilket giver sikkerhed for deres normale drift og forhindrer kortslutningsulykker. De to komplementerer hinanden og bestemmer tilsammen transformatorens ydeevne, spændingsniveau og driftssikkerhed.