Welche Funktion hat der Kern in einem Öltransformator?

Im Stromnetz ist der Öltransformator ein wichtiges elektrisches Gerät, das zur Leistungsumwandlung zwischen verschiedenen Spannungsniveaus verwendet wird. Im inneren Aufbau des Transformators ist der Eisenkern eine der Kernkomponenten, die dessen Leistung, Effizienz und Stabilität bestimmen.

1. Die Grundfunktion des Eisenkerns
Die Hauptfunktion des Öltransformator gerissen besteht darin, Energie zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung durch das Prinzip der elektromagnetischen Induktion zu übertragen. Der Eisenkern ist das Schlüsselmedium bei diesem Energieumwandlungsprozess.

1. Stellen Sie einen magnetischen Flusspfad bereit
Die Hauptfunktion des Eisenkerns besteht darin, einen Kanal mit niedrigem magnetischem Widerstand für den magnetischen Fluss des Transformators bereitzustellen. Wenn der Strom durch die Primärwicklung fließt, wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, und diese magnetischen Flüsse fließen durch den Eisenkern und induzieren Spannung in der Sekundärwicklung. Das Vorhandensein des Eisenkerns verbessert die magnetische Kopplungseffizienz erheblich.

2. Reduzieren Sie den Energieverlust
Im Vergleich zu Luft ist die magnetische Permeabilität des Eisenkernmaterials (z. B. kaltgewalztes Siliziumstahlblech) viel höher, wodurch der Magnetfluss effektiv konzentriert und das magnetische Streuphänomen reduziert werden kann, wodurch der Energieverlust erheblich reduziert und die Effizienz des Transformators verbessert wird.

3. Stabilität der Stützstruktur
Der Eisenkern ist nicht nur ein magnetischer Flusspfad, sondern auch eine mechanische Stützstruktur für die gesamte Wicklung. Es kann der elektromagnetischen Kraft während eines Kurzschlusses standhalten und die Stabilität der inneren Struktur des Transformators aufrechterhalten.

2. Material und Aufbau des Eisenkerns

1. Materialauswahl
Der Eisenkern besteht üblicherweise aus **kaltgewalzten orientierten Siliziumstahlblechen (CRGO)** mit hoher magnetischer Permeabilität und geringem Verlust. Siliziumstahl enthält 2 bis 3 % Silizium, was die magnetische Permeabilität deutlich erhöhen und Wirbelstromverluste reduzieren kann.

2. Laminierungsstruktur (Laminierung)
Um Wirbelstromverluste (Eddy Current Loss) zu reduzieren, ist der Eisenkern kein ganzer Block, sondern besteht aus Schichten dünner Bleche, die durch isolierende Farbe getrennt sind. Die typische Dicke beträgt 0,23 mm oder 0,27 mm.

3. Strukturform
Gängige Eisenkernformen von Öltransformatoren sind:

Kernstruktur (Kerntyp): Die Wicklung umgibt den Eisenkern;

Schalenstruktur (Schalentyp): Der Eisenkern umgibt die Wicklung;

Dreiphasige Dreisäulenstruktur: Wird häufig in Dreiphasentransformatoren verwendet, um den Materialverbrauch und den Energieverbrauch zu reduzieren.

3. Elektromagnetische Eigenschaften des Eisenkerns und Transformatoreffizienz
Die Qualität des Eisenkerns wirkt sich direkt auf die Leistung des Transformators aus, insbesondere in folgenden Aspekten:

1. Kernverlust
Dazu gehören Hystereseverlust und Wirbelstromverlust, die die Hauptverlustquellen bei unbelastetem Transformator darstellen. Hochwertige Siliziumstahlbleche können diesen Verlustanteil deutlich reduzieren.

2. Problem der magnetischen Flusssättigung
Der Eisenkern hat eine bestimmte Grenze für die magnetische Flussübertragung. Wenn dieser Grenzwert überschritten wird (d. h. magnetische Sättigung), ändert sich die induzierte Spannung nicht mehr linear und führt zu einem Wärmeanstieg und einem Stromausfall. Daher sollte bei der Konstruktion eine angemessene magnetische Flussdichte (im Allgemeinen kontrolliert bei 1,5 bis 1,7 T) berücksichtigt werden.

3. Magnetische Leckagekontrolle
Ein magnetischer Streufluss führt zu einer verringerten Induktionseffizienz, lokaler Überhitzung und sogar zu Störungen der umliegenden Geräte. Die Optimierung der Form des Eisenkerns und der Anordnung der Wicklungen kann dazu beitragen, die Auswirkungen des magnetischen Streuflusses zu reduzieren.

4. Zusammenarbeit von Eisenkern und Ölkühlsystem
In Öltransformatoren hat Transformatorenöl sowohl eine isolierende Funktion als auch die Funktion, wärmeerzeugende Bauteile zu kühlen. Der Eisenkern erzeugt aufgrund der häufigen magnetischen Flussänderungen viel Wärme, daher ist Transformatoröl erforderlich, um die Wärme abzuleiten.

Öl fließt durch den Spalt im Kern und leitet so effektiv die Wärme ab;

Verbessern Sie die Kühleffizienz durch ein erzwungenes Ölzirkulationssystem.

Stellen Sie einen vollständigen Kontakt und eine vollständige Isolierung zwischen dem Kern und dem Ölisoliermaterial sicher.

5. Schlüsseltechnologien in der Kernfertigung

1. Schneid- und Stapeltechnik
Die Kernstücke müssen präzise geschnitten werden, um eine geometrische Konsistenz zu gewährleisten. Der Stapelprozess nutzt Technologien wie „Stufenüberlappung“ und „versetztes Stapeln“, um magnetische Widerstände und Lücken wirksam zu reduzieren.

2. Anti-Lärm-Design
Der Kern erzeugt aufgrund des magnetostriktiven Effekts unter hochfrequenten magnetischen Wechselfeldern Geräusche, die als „Summen“ bezeichnet werden. Um den Lärm zu reduzieren, ist Folgendes erforderlich:

Kontrollieren Sie den Abstand zwischen den Kernen genau.

Verwenden Sie eine Antivibrationsstruktur und Ölpads.

Verwenden Sie „vollständig abgeschrägte Verbindungen“ oder „45°-Überlappung“, um Vibrationen zu reduzieren.

6. Häufige Fehler und Wartungspunkte
Im Langzeitbetrieb kann es zu folgenden Problemen mit dem Eisenkern kommen:

Lokale Überhitzung: kann durch schlechten Kontakt oder Kurzschluss des Eisenkerns verursacht werden;

Lockerer Eisenkern: verursacht erhöhte Geräusche und die Halterung muss festgezogen werden;

Teilentladung oder Ausfall: Wird normalerweise durch Isolationsfehler oder Ölverschmutzung verursacht.

Zu den vorbeugenden Maßnahmen gehören:

Regelmäßige Infrarot-Temperaturmessung zur Überprüfung der Temperaturverteilung des Eisenkerns;

Ölqualitätsanalyse zur Sicherstellung der Isolationsfestigkeit;

Online-Teilentladungserkennung zur Erfassung des Betriebszustandes.

Als Kernkomponente des Öltransformators hat der Eisenkern mehr Funktionen als nur „magnetische Leitung“. Es spielt mehrere Rollen, z. B. die Leitung des magnetischen Flusses, die Reduzierung von Verlusten, die Unterstützung von Strukturen und die Verbesserung der Stabilität. Sie ist ein Schlüsselfaktor für die Leistung, Lebensdauer und Sicherheit des Transformators. Während sich das Stromversorgungssystem in Richtung Hochspannung, große Kapazität, Energieeinsparung und Umweltschutz weiterentwickelt, entwickeln sich auch das Material und die Konstruktion des Eisenkerns ständig weiter und bilden eine solide Grundlage für den effizienten Betrieb des Transformators.