Vad är kärnans funktion i en oljesänkt transformator?

I kraftsystemet är den oljenedsänkta transformatorn en viktig elektrisk anordning som används för att åstadkomma effektomvandling mellan olika spänningsnivåer. I transformatorns interna struktur är järnkärnan en av kärnkomponenterna som bestämmer dess prestanda, effektivitet och stabilitet.

1. Den grundläggande funktionen hos järnkärnan
Huvudfunktionen hos oljesänkt transformator slet är att överföra kraft mellan primärlindningen och sekundärlindningen genom principen om elektromagnetisk induktion. Järnkärnan är nyckelmediet i denna energiomvandlingsprocess.

1. Tillhandahåll en magnetisk flödesbana
Den primära funktionen hos järnkärnan är att tillhandahålla en kanal med lågt magnetiskt motstånd för transformatorns magnetiska flöde. När strömmen flyter genom primärlindningen genereras ett alternerande magnetfält, och dessa magnetiska flöden flyter genom järnkärnan och inducerar spänning i sekundärlindningen. Förekomsten av järnkärnan förbättrar avsevärt den magnetiska kopplingseffektiviteten.

2. Minska energiförlusten
Jämfört med luft är den magnetiska permeabiliteten hos järnkärnmaterialet (som kallvalsad kiselstålplåt) mycket högre, vilket effektivt kan koncentrera det magnetiska flödet och minska det magnetiska läckagefenomenet, vilket avsevärt minskar energiförlusten och förbättrar transformatorns effektivitet.

3. Stödstrukturens stabilitet
Järnkärnan är inte bara en magnetisk flödesbana, utan också en mekanisk stödstruktur för hela lindningen. Den kan motstå den elektromagnetiska kraften under kortslutning och upprätthålla stabiliteten hos transformatorns inre struktur.

2. Material och struktur hos järnkärnan

1. Materialval
Järnkärnan är vanligtvis gjord av **kallvalsade orienterade silikonstålplåtar (CRGO)** med hög magnetisk permeabilitet och låg förlust. Kiselstål innehåller 2% till 3% kisel, vilket avsevärt kan öka den magnetiska permeabiliteten och minska virvelströmsförlusten.

2. Lamineringsstruktur (Lamination)
För att minska virvelströmsförlusten (Eddy Current Loss) är järnkärnan inte ett helt block, utan består av lager av tunna plåtar åtskilda av isolerande färg. Den typiska tjockleken är 0,23 mm eller 0,27 mm.

3. Strukturell form
Vanliga järnkärnformer av oljenedsänkta transformatorer är:

Kärnstruktur (Core Type): Lindningen omger järnkärnan;

Skalstruktur (Shell Type): Järnkärnan omger lindningen;

Trefas trekolumnstruktur: används vanligtvis i trefastransformatorer för att minska materialförbrukning och energiförbrukning.

3. Elektromagnetiska egenskaper hos järnkärna och transformatoreffektivitet
Kvaliteten på järnkärnan påverkar direkt transformatorns prestanda, särskilt i följande aspekter:

1. Kärnförlust
Det inkluderar hysteresförlust och virvelströmsförlust, som är de huvudsakliga källorna till förlust när transformatorn är urladdad. Högkvalitativa silikonstålplåtar kan avsevärt minska denna del av förlusten.

2. Magnetiskt flödesmättnadsproblem
Järnkärnan har en viss magnetisk flödesöverföringsgräns. När denna gräns överskrids (dvs magnetisk mättnad), kommer den inducerade spänningen inte längre att ändras linjärt och kommer att orsaka värmestegring och elektriskt fel. Därför bör en rimlig magnetisk flödestäthet (generellt styrd till 1,5~1,7 T) övervägas under konstruktionen.

3. Magnetkontroll för läckage
Magnetiskt läckage kommer att leda till minskad induktionseffektivitet, lokal överhettning och till och med störning av omgivande utrustning. Att optimera formen på järnkärnan och arrangemanget av lindningarna kan bidra till att minska påverkan av läckagemagnetiskt flöde.

4. Samarbete av järnkärna och oljesänkt kylsystem
I oljenedsänkta transformatorer spelar transformatorolja både en isolerande roll och används för att kyla värmealstrande komponenter. Järnkärnan kommer att generera mycket värme på grund av frekventa magnetiska flödesändringar, så transformatorolja behövs för att ta bort värmen.

Olja strömmar genom kärnans gap och tar effektivt bort värmen;

Förbättra kylningseffektiviteten genom forcerat oljecirkulationssystem;

Säkerställ full kontakt och isolering mellan kärnan och oljeisoleringsmaterialet.

5. Nyckelteknologier inom kärntillverkning

1. Kapnings- och staplingsteknik
Kärnbitarna måste skäras exakt för att säkerställa geometrisk konsistens. Staplingsprocessen använder tekniker som "step lap" och "staggered stacking" för att effektivt minska magnetiskt motstånd och gap.

2. Anti-brus design
Kärnan kommer att generera brus på grund av den magnetostriktiva effekten under högfrekventa alternerande magnetfält, vilket kallas "surrande". För att minska buller är det nödvändigt att:

Strikt kontrollera gapet mellan kärnorna;

Använd antivibrationsstruktur och oljekuddar;

Använd "fullfasade leder" eller "45° överlappning" för att minska vibrationerna.

6. Vanliga fel och underhållspunkter
Under långvarig drift kan järnkärnan ha följande problem:

Lokal överhettning: kan orsakas av dålig kontakt eller kortslutning av järnkärnan;

Lös järnkärna: orsakar ökat ljud, och fästet måste dras åt;

Partiell urladdning eller haveri: orsakas vanligtvis av isoleringsfel eller oljeförorening.

Förebyggande åtgärder inkluderar:

Regelbunden infraröd temperaturmätning för att kontrollera temperaturfördelningen av järnkärnan;

Oljekvalitetsanalys för att säkerställa isoleringshållfasthet;

Online detektering av partiell urladdning för att förstå driftstatus.

Som kärnkomponenten i den oljenedsänkta transformatorn har järnkärnan fler funktioner än bara "magnetisk ledning". Den spelar flera roller som att leda magnetiskt flöde, minska förluster, stödja strukturer och förbättra stabiliteten. Det är en nyckelfaktor för att bestämma transformatorns prestanda, livslängd och säkerhet. När kraftsystemet utvecklas mot högspänning, stor kapacitet, energibesparing och miljöskydd, utvecklas också järnkärnans material och design ständigt, vilket ger en solid grund för effektiv drift av transformatorn.