การปฏิบัติการและการบำรุงรักษาหม้อแปลงไฟฟ้า: จากหลักการพื้นฐานถึงการกำหนดขั้ว

วัสดุฝึกอบรมทางเทคนิคสำหรับช่างอิเล็กทรอนิกส์และช่างไฟฟ้าทางทะเล (ETO)

หม้อแปลงเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าแบบคงที่ที่ทำงานเหมือนมอเตอร์ที่มีความเร็วการหมุนเป็นศูนย์ เมื่อทำงานภายในระบบไฟฟ้า หม้อแปลงกำลังจะส่งพลังงานไฟฟ้าจากด้านปฐมภูมิไปยังด้านทุติยภูมิผ่านการแปลงพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า พร้อมทั้งปรับเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าตามความต้องการของการส่งและแจกจ่ายไฟฟ้า ดังนั้น หม้อแปลงจึงมีบทบาทสำคัญตลอดกระบวนการผลิต การส่ง การแจกจ่าย และการบริโภคไฟฟ้า ในระบบไฟฟ้าทั้งหมด ความจุของหม้อแปลงไฟฟ้ามักมีมากกว่าสามเท่าของความจุของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

II. ข้อมูลบนป้ายชื่อของเครื่องแปลงไฟฟ้า

(1) การวิเคราะห์แบบจำลองเครื่องแปลงแรงดัน

หมายเลขรุ่นของหม้อแปลงไฟฟ้าประกอบด้วยสองส่วน: ส่วนแรกเป็นตัวอักษรพินยินของภาษาจีน ซึ่งแสดงถึงประเภทของหม้อแปลง ลักษณะโครงสร้าง และวัตถุประสงค์การใช้งาน ส่วนที่สองเป็นตัวเลข ซึ่งแสดงถึงกำลังของผลิตภัณฑ์ (kV·A) และค่าแรงดันที่กำหนด (kV) ของขดลวดแรงดันสูง

คำอธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับความหมายของตัวอักษรพินยินของภาษาจีน:

ส่วน 1 (จำนวนเฟส)	D— หนึ่งเฟส;S——สามเฟส.
ส่วนที่ 2 (การระบายความร้อน)	J— จุ่มน้ำมัน, ระบบระบายความร้อนอัตโนมัติ;F— จุ่มในน้ำมัน, ระบายความร้อนด้วยอากาศ;FP— ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศที่ใช้น้ำมันเป็นสารทำความเย็นและมีการไหลเวียนแบบบังคับ;SP— ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำและระบบหมุนเวียนน้ำมันแบบบังคับ
ส่วน 3 (แรงดันไฟฟ้า)	S— แรงดันสามขั้น; ‘No S’ หมายถึงแรงดันสองขั้น
ความหมายของรหัสอื่น ๆ	L— ม้วนอลูมิเนียม หรือระบบป้องกันฟ้าผ่า; 0——ออโตทรานส์ฟอร์เมอร์ (เมื่ออยู่ต้นรายการ หมายถึงออโตทรานส์ฟอร์เมอร์แบบลดแรงดัน; เมื่ออยู่ท้ายรายการ หมายถึงออโตทรานส์ฟอร์เมอร์แบบเพิ่มแรงดัน); Z— การควบคุมแรงดันขณะมีโหลด; TH— พื้นที่เขตร้อนชื้น (รหัสประเภทการคุ้มครอง); TA— พื้นที่เขตร้อนแห้งแล้ง (รหัสประเภทการคุ้มครอง).

(ii) ความจุที่กำหนด (S_N)

กำลังเรตติ้ง คือค่าที่รับประกันของกำลังปรากฏที่ผลิตออกมาโดยหม้อแปลงไฟฟ้าภายใต้เงื่อนไขการทำงานตามเรตติ้ง (คือ ที่แรงดันตามเรตติ้ง ความถี่ตามเรตติ้ง และภายใต้เงื่อนไขการทำงานตามเรตติ้ง) ซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์ S_Nควรทราบว่า ความจุที่กำหนดไว้โดยทั่วไปหมายถึงความจุของขดลวดแรงดันสูง; เนื่องจากความจุของหม้อแปลงไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปตามวิธีการระบายความร้อน ความจุที่กำหนดไว้จึงหมายถึงความจุสูงสุดของหม้อแปลงไฟฟ้า

(3) กระแสไฟฟ้าที่กำหนด (I₁, ฉัน₂)

กระแสไฟฟ้าที่กำหนดของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลง หมายถึง กระแสไฟฟ้าที่ยอมรับได้ในระยะยาว ซึ่งสามารถไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ ตามลำดับ ที่แรงดันที่กำหนดและอุณหภูมิแวดล้อมที่กำหนด โดยไม่ทำให้ส่วนใดของหม้อแปลงเกินขีดจำกัดอุณหภูมิ; หน่วยวัดคือ แอมแปร์ (A)

(iv) แรงดันที่กำหนด (U_N)

แรงดันที่กำหนดของหม้อแปลงคือแรงดันที่กำหนดของแต่ละขดลวด ซึ่งหมายถึงแรงดันที่กำหนดที่ป้อนเข้า หรือแรงดันที่สร้างขึ้นในสภาพไม่มีโหลด แรงดันที่กำหนดของขดลวดหลัก U_1nหมายถึงแรงดันที่กำหนดที่ต่อเข้ากับจุดปลายของขดลวดหลักของเครื่องแปลงแรงดัน; แรงดันที่กำหนดของขดลวดรอง U_2nนี่คือค่าแรงดันที่วัดได้ระหว่างขดลวดทุติยภูมิ (แสดงเป็น V หรือ kV) เมื่อขดลวดปฐมภูมิถูกต่อกับแรงดันที่กำหนด และหม้อแปลงกำลังทำงานในสภาพไม่มีโหลด แรงดันที่กำหนดของหม้อแปลงสามเฟสจะหมายถึงแรงดันสายเสมอ

วิเคราะห์จากผู้เชี่ยวชาญ:โดยทั่วไปแล้ว จุดต่อแทปที่เหมาะสมจะถูกนำมาจากขดลวดแรงดันสูง; ขดลวดแรงดันสูง หรือขดลวดปรับแรงดันที่แยกต่างหาก มักถูกจัดวางไว้ที่ชั้นนอกสุด ซึ่งทำให้การนำจุดต่อแทปออกมาเป็นไปอย่างสะดวก; เนื่องจากกระแสไฟฟ้าด้านแรงดันสูงมีค่าต่ำ จึงทำให้พื้นที่หน้าตัดของสายแทปและส่วนที่นำกระแสของเครื่องเปลี่ยนแทปมีขนาดเล็ก และจุดสัมผัสของเครื่องเปลี่ยนแทปก็ผลิตได้ง่ายขึ้น

(5) การวิเคราะห์กลุ่มการเชื่อมต่อ

กลุ่มการต่อสาย หมายถึงวิธีการต่อสายของขดลวดเฟสในหม้อแปลง และความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างแรงดันสายหลักและแรงดันสายรอง สัญลักษณ์เหล่านี้ (เรียงจากซ้ายไปขวา) แสดงวิธีการต่อสายของขดลวดหลักและขดลวดรองตามลำดับ ส่วนตัวเลขแสดงหมายเลขกลุ่มการต่อสายของขดลวดทั้งสอง โดยทั่วไป หม้อแปลงแรงดันสูงนั้นโดยพื้นฐานแล้ว Yn, Y, d11 การเดินสายไฟฟ้า

“Yn” แสดงถึงการต่อแบบดาวด้านหลักกับสายนิวทรัล;Y แสดงถึงดาว,n แสดงว่ามีสายดินอยู่

“d” แสดงว่าด้านทุติยภูมิถูกต่อในรูปแบบสามเหลี่ยม

“11” แสดงถึงแรงดันสาย U ด้านทุติยภูมิของหม้อแปลง_ab ความล่าช้าในแรงดันสายด้านปฐมภูมิ U_AB 330° (หรือ 30° ไปข้างหน้า).

1. คำนิยามของขั้วที่มีชื่อเดียวกันและขั้วที่มีชื่อต่างกันของหม้อแปลง

ดังที่แสดงในรูป 15-1 จุดสีดำเล็กที่ระบุไว้บนขดลวดของหม้อแปลงนี้ ชี้ถึงปลายที่มีชื่อเดียวกัน ปลายสายที่มีชื่อเดียวกันเป็นพื้นฐานในการกำหนดความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างกระแสไฟฟ้าหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้าในขดลวดของหม้อแปลงความเหนี่ยวนำร่วม เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดทั้งสองและทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นเป็นทิศทางเดียวกัน จุดเข้าของกระแสไฟฟ้าในขดลวดทั้งสองจะถูกเรียกว่าปลายสายที่มีชื่อเดียวกัน (หรือที่เรียกว่าปลายสายที่มีขั้วเดียวกัน); ในทางตรงกันข้าม จะถูกเรียกว่าปลายสายที่มีชื่อตรงกันข้าม

9d4440d01d7c3c4ca45a889509575619 รูป 15-1: แผนผังวงจรที่มีหม้อแปลง

ในขดลวดสองขดที่แสดงในรูป 15-2 กระแสไฟฟ้าในขดลวดด้านซ้ายไหลเข้าสู่ขั้ว 1, ส่วนกระแสไฟฟ้าในขดลวดด้านขวาไหลเข้าจากขั้ว 3 เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวดทั้งสองมีทิศทางเดียวกัน (สอดคล้องกัน) ขั้ว 1 และ 3 จึงมีขั้วเดียวกัน ขั้ว 2 และ 4 มีขั้วเดียวกัน ขั้ว 1 และ 4 มีขั้วตรงกันข้าม และขั้ว 2 และ 3 มีขั้วตรงกันข้าม

c198cae55e031ab5731e05d578fa28d6 รูป 15-2: แผนผังวงจรของขดลวดหม้อแปลง

นอกจากนี้ ตามที่แสดงในรูป 15-3 หากทิศทางการพันของขดลวดในแกนเดียวกันเป็นทิศทางเดียวกัน ขั้วที่สอดคล้องกันจะเป็นขั้วที่มีขั้วเดียวกัน

47fac4afc5a8e52967f8f40c10f2e669 รูป 15-3: การกำหนดปลายสายที่มีขั้วเดียวกันในขดลวดที่พันรอบแกนเดียวกัน

2. วิธีระบุขั้วที่มีชื่อเดียวกันบนเครื่องแปลงแรงดัน

มีวิธีการต่าง ๆ สำหรับการระบุขั้วที่มีชื่อเดียวกันบนหม้อแปลงไฟฟ้า; วิธีสองวิธีที่นิยมใช้กันคือ วิธีใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) และวิธีใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC) (ซึ่งแบ่งออกเป็นวิธีใช้แบตเตอรี่แห้งและวิธีใช้ LED)

(1) วิธีใช้แรงดันไฟฟ้าสลับ

ในวิธีการใช้แรงดันไฟฟ้าสลับ ขดลวดด้านต้นและด้านปลายของหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวจะถูกต่อเข้าด้วยกันก่อน (ดังที่แสดงในรูป 15-4) จากนั้นจึงจ่ายแรงดันไฟฟ้าสลับที่เหมาะสมไปยังด้านต้น แล้วใช้โวลต์มิเตอร์วัดแรงดัน U ที่ด้านต้นและด้านปลายตามลำดับ₁, U₂, และแรงดัน U ระหว่างขั้ว 3 และ 4₃. หาก U₃ เท่ากับ U₁ กับ U₂ หากผลรวมเป็นศูนย์ หมายความว่าขั้ว 2 และ 3 ของสายมีขั้วเดียวกัน หาก U₃ เท่ากับ U₁ กับ U₂ หากมีความแตกต่าง หมายความว่าขั้ว 1 และ 3 ของสายมีขั้วเดียวกัน

8f0da51b9649dc684ad04fbc5a258a36 รูป 15-4: การวัดขั้วที่มีชื่อเดียวกันของหม้อแปลงไฟฟ้าโดยใช้วิธีวัดแรงดันไฟฟ้าสลับ

(2) วิธีใช้กระแสตรง (วิธีใช้แบตเตอรี่แห้งและวิธีใช้ LED)

● วิธีกระแสตรง (วิธีใช้แบตเตอรี่แห้ง):

ดังที่แสดงในรูป 15-5 ให้ต่อแบตเตอรี่แห้งและมัลติมิเตอร์เข้าด้วยกันเพื่อสร้างวงจร ตั้งมัลติมิเตอร์ให้อยู่ในช่วงวัดต่ำสำหรับแรงดันไฟฟ้าตรง (เช่น ต่ำกว่า 5 V) หรือช่วงวัดต่ำสำหรับกระแสไฟฟ้าตรง (เช่น 5 mA) เมื่อสวิตช์ถูกปิด หากเข็มมิเตอร์เบี่ยงเบนไปในทิศทางเดียวกัน แสดงว่าขั้วบวกของมิเตอร์และขั้วบวกของแบตเตอรี่ถูกต่อกับขั้วที่มีขั้วเดียวกัน; หากเข็มมิเตอร์เบี่ยงเบนไปในทิศทางตรงกันข้าม แสดงว่าขั้วบวกของมิเตอร์และขั้วลบของแบตเตอรี่ถูกต่อกับขั้วที่มีขั้วเดียวกันโปรดทราบว่าเมื่อปิดสวิตช์ ตัวปรับจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นจึงไม่ควรปล่อยให้สวิตช์อยู่ในตำแหน่งเปิดเป็นเวลานาน

4303acd8da2ea0602dadd451c82e8ef2 รูป 15-5: การวัดขั้วที่มีชื่อเดียวกันของหม้อแปลงไฟฟ้าโดยใช้วิธีกระแสตรง (วิธีเซลล์แห้ง)

● วิธีกระแสตรง (วิธี LED):

ดังที่แสดงในรูป 15-6 เพื่อเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและทำให้หลอดนีออนเรืองแสง เราสามารถต่อแบตเตอรี่เข้ากับขดลวดที่มีจำนวนรอบน้อย ส่วนเครื่องวัดแรงดันให้ต่อเข้ากับขดลวดที่มีจำนวนรอบมาก หากกดปุ่มแล้วปล่อยออกทันที จะก่อให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่สูงมากในขดลวดที่มีจำนวนรอบมากกว่า ซึ่งทำให้หลอดนีออนเรืองแสง สังเกตอย่างละเอียดว่าปลายด้านใดที่เรืองแสง เพราะปลายที่เรืองแสงนั้นคือขั้วลบของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ นอกจากนี้ ปลายที่ต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ และปลายที่ต่อกับปลายที่เรืองแสงของหลอดนีออน เป็นปลายที่มีขั้วเดียวกัน

49a9d6af8a719c2e86026c305e44716c รูป 15-6: การวัดขั้วที่มีชื่อเดียวกันของหม้อแปลงไฟฟ้าโดยใช้วิธีกระแสตรง (วิธี LED)

III. การใช้เครื่องแปลงแรงดันและเครื่องแปลงกระแส

(1) เครื่องวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและหม้อแปลงแรงดัน (PTs)

(1) เครื่องวัดแรงดันถูกต่อแบบขนานกับแรงดันที่กำลังทดสอบ
(2) เลือกช่วงวัดของโวลต์มิเตอร์ตามค่าความต่างศักย์ที่จะวัด โดยต้องแน่ใจว่าช่วงวัดนั้นสูงกว่าความต่างศักย์ของวัตถุที่ทดสอบเล็กน้อย
(3) เมื่อใช้โวลต์มิเตอร์เพื่อวัดแรงดันสูง ต้องใช้หม้อแปลงแรงดัน:
- ① ต่อแรงดันที่วัดได้เข้ากับด้านปฐมภูมิ และต่อมิเตอร์วัดแรงดัน (ที่มีแรงดันมาตรฐาน 100 V) เข้ากับด้านทุติยภูมิ;
- ② แกนเหล็กต้องต่อลงดิน;
- ③ ด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงแรงดันต้องไม่เกิดการลัดวงจร

(2) เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าแบบ AC และตัวแปลงกระแส (CTs)

(1) เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า AC ถูกต่อแบบอนุกรมกับวงจรที่กำลังทดสอบ
(2) เลือกช่วงวัดของเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าให้เหมาะสมกับค่าที่วัด โดยต้องแน่ใจว่าช่วงวัดนั้นใหญ่กว่าค่าของวัตถุที่วัดอยู่เล็กน้อย
(3) เมื่อใช้เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าเพื่อวัดกระแสไฟฟ้าที่มีค่าสูง ต้องเลือกตัวแปลงกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสม:
- ① ชันต์ถูกต่อกับมิเตอร์วัดกระแสไฟฟ้า; มิเตอร์นี้มักมีค่าความจุที่กำหนดไว้ที่ 5 A;
- ② เมื่อเปลี่ยนมิเตอร์วัดกระแสไฟฟ้า ควรทำให้ด้านทุติยภูมิเกิดการลัดวงจร เพื่อป้องกันไม่ให้แรงดันสูงที่เกิดจากการเหนี่ยวนำทำให้ตัวแปลงกระแสไฟฟ้าเสียหาย;
- ③ ขดลวดทุติยภูมิและแกนถูกต่อลงดินเพื่อป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัย;
- ④ ด้านทุติยภูมิของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าต้องไม่ถูกทิ้งไว้ในสภาพวงจรเปิด