Причины сгорания трансформатора и методы защиты

Основное предназначение трансформаторов — это повышение или понижение приходящего напряжения. Если он перестает выполнять свои функции, то говорят, что «трансформатор сгорел».

Устройство и принцип действия трансформатора

Все такие аппараты, независимо от мощности и частоты сети, имеют похожее устройство и принцип действия. Они служат для изменения величины переменного напряжения и состоят из одной или нескольких катушек, намотанных на общем сердечнике.

Как работает трансформатор

Работа этого электроприбора основана на законе электромагнитной индукции Фарадея. При изменении величины магнитного потока, проходящего через проводник, в нем наводится электрический ток. Эти изменения происходят при изменении напряжения, поэтому такие устройства работают только от сети переменного тока.

В трансформаторе магнитный поток наводится обмоткой, подключенной к сети и называемой «первичная». Катушка, в которой наводится ток называется вторичной. Величина изменения напряжения называется «коэффициент трансформации» и зависит от соотношения витков в первичной и вторичной обмотках. Ктр=Uперв/Uвтор=Nперв/Nвтор. При изменении числа витков, например, при переключении выводов, коэффициент трансформации меняется.

Одним из свойств электротрансформаторов является обратимость. При подаче во вторичную обмотку напряжения, равного Uвтор, на выводах первичной обмотки появляется напряжение, равное Uперв.

Информация! Вторичных обмоток может быть любое количество, с несколькими отводами от каждой катушки.

Устройство трансформаторов

Для эффективной работы этих устройств сопротивление магнитному потоку должно быть минимальным. Поэтому намотка катушек производится на замкнутом магнитопроводе. В аппаратах, работающих в сети 50Гц, магнитопровод для уменьшения потерь и нагрева выполнен из пластин электротехнического железа, в высокочастотных устройствах он изготавливается керамический, из магнитодиэлектриков и ферритов.

Магнитопровод изготавливается различной формы:

• «Ш»-образная. Собирается из пластин «Ш»-образной формы или полуколец из нескольких слоев электротехнической стали. Вставляется в катушку после намотки;
• Тороидальная. Похож на бублик, намотанный из полосы трансформаторного железа. Катушка наматывается на готовый сердечник.
• Собранный из «бубликов» соответствующих размеров, причем «бублик» сердечника имеет форму прямоугольного стержня. Собирается при помощи электросварки.

При работе трансформаторы нагреваются. В устройствах мощностью до нескольких киловатт охлаждение естественное, в более мощных аппаратах устанавливаются обдувающие вентиляторы, а в высоковольтных электротрансформаторах катушки находятся в баке с трансформаторным маслом.

По своему назначению трансформаторы можно разделить на три группы:

• Разделительные. Предназначены для гальванического разделения сетей. Коэффициент трансформации «1» — величина входного и выходного напряжения равна.
• Понижающие. Понижают напряжение для подключения низковольтных устройств.
• Повышающие. Напряжение на вторичной катушке выше, чем в первичной. Используются в основном на электростанциях и для подключения в/в установок в сеть 0,4кВ.

Кроме устройств с несколькими обмотками есть автотрансформаторы — аппараты, в которых всего одна катушка с несколькими выводами. Применяются в лабораториях и в стабилизаторах напряжения.

Важно! В сетях, в которых пониженное напряжение используется для безопасности людей, автотрансформаторы применять запрещается.

Причины выхода из строя трансформатора

Основными признаками сгоревшего электротрансформатора являются:

• характерный запах и потемнение изоляции;
• сильный нагрев, особенно без нагрузки;
• пониженное напряжение или его отсутствие во вторичной обмотке.

Горит трансформатор из-за нарушения изоляции между отдельными проводниками:

• При перегреве устройства. Это происходит вследствие перегрузки или короткого замыкания во вторичной сети.
• При нарушении изоляции из-за вибрации, возникающей при «гудении» устройства. Такая вибрация появляется если пластины магитопровода, которые должны быть плотно прижаты друг к другу, начинают вибрировать внутри аппарата.

Важно! Если к вторичной обмотке устройства подключен диодный мост, то подобная ситуация возникает также при пробое одного из диодов.

Виды неисправностей

Перед монтажом и при нарушениях работы электротрансформатор следует проверить на наличие неисправностей.

Обрыв обмотки, замыкание на корпус и другую обмотку

Эти неисправности определяются тестером или мегомметром. В исправном состоянии обмотки изолированы друг от друга и от корпуса, и величина изоляции составит 1-10 мОм, а сопротивление самой обмотки будет 0,1-100 Ом.

Внимание! Эти измерения проводятся для всех обмоток по отдельности.

Межвитковое замыкание

Не всегда электротрансформатор выходит из строя сразу. В некоторых случаях изоляция нарушается между двумя рядом расположенными витками из-за чего образуется короткозамкнутый виток. При подаче питания в первичную обмотку в нем наводится ток, виток греется и разрушает изоляцию рядом расположенных проводников.

Определить наличие межвиткового замыкания возможно только при помощи специального прибора. Без него эта неисправность выявляется путем визуального осмотра и поиска потемневшей изоляции, а также проверки тока трансформатора без нагрузки.

Ток холостого хода составляет от 30% в аппаратах мощностью 10ВА до 5% и меньше в устройствах мощностью 1000кВт и более. При этом должны отсутствовать гул и нагрев аппарата.

Сгоревший же трансформатор можно отремонтировать. Ремонт заключается в замене сгоревшей обмотки или полной перемотке всех катушек.

Определение числа витков и сечения провода

Перед началом ремонта необходимо определить сечение провода и число витков каждой обмотки. Измерение диаметра проводника производится микрометром. Если его нет, то допускается намотать на гвоздь 10 витков проводника, замерять штангенциркулем длину получившейся катушки и разделить на 10. Получившееся число будет диаметром проводника. Необходимый диаметр определяется также по специальным таблицам исходя из номинального тока катушки. При недостаточном сечении провода трансформатор будет гореть.

Важно! Для более точного измерения диаметра необходимо снять с провода изоляцию.

Если неизвестно число витков, то есть два варианта определения их количества.

Первичная обмотка в нерабочем состоянии

Расчёт производится по справочникам, при помощи онлайн-калькуляторов или специальными программами. Результат не очень точный, поэтому желательно намотать первичную обмотку, собрать аппарат и измерить ток холостого хода.

Исправная первичная обмотка

На нее наматывается 10-50 витков, в зависимости от мощности устройства. После сборки на ее выводах измеряется напряжение и вычисляется количество витков, необходимое для намотки по формуле N=(Nобм/Uобм)*U, где:

• N — необходимое число витков;
• Nобм — число витков в проверочной обмотке;
• Uобм — напряжение в проверочной обмотке;
• U — необходимое напряжение.

Ремонт трансформаторов

Ремонт и перемотка электротрансформаторов производится в определенном порядке:

• Разобрать магнитопровод. Железо сложить отдельно, по пластинам.
• Размотать сгоревшую катушку, считая число витков. Замерять микрометром диаметр провода.
• Намотать новые обмотки. Между слоями намотки и катушками проложить изоляционный материал. Его толщина зависит от диаметра провода.
• Собрать аппарат. Пластины трансформаторного железа необходимо плотно прижать, а при необходимости расклинить деревянными клиньями в катушке.

Для намотки необходимо использовать специальный станок. Намотать катушку руками, особенно с большим количеством витков из тонкого провода практически невозможно.

Совет! Если сгорела только одна из вторичных обмоток, то остальные не перематываются.

Частичная перемотка трансформатора

Для перемотки одной из вторичных катушек необходимо:

• разобрать устройство — вынуть сердечник и размотать сгоревшую катушку;
• снова собрать устройство, подключить его к сети и проверить работу в режиме холостого хода;
• после проверки снова разобрать прибор, намотать недостающие обмотки и произвести окончательную сборку и проверку в работе аппарата.

Защита от выхода из строя

Почему горит понижающий трансформатор? Прежде всего из-за перегрузки или короткого замыкания во вторичных сетях. Для предотвращения аварийной ситуации все катушки необходимо подключать через устройства защиты. При номинальном токе больше 1А используются модульные автоматы, с установкой на DIN-рейку, или автоматические выключатели другой конструкции. При токах менее 1А устройство подключается через предохранители.

Важно! При подключении первичной обмотки через модульный автомат, его необходимо выбирать серии «D». Автоматы серии «С» срабатывают при подаче напряжения из-за высокого пускового тока трансформатора.

Сгоревший трансформатор — это не приговор. Его можно отремонтировать, но любую аварию проще и дешевле предотвратить, чем устранить. Лучше установить необходимые автоматы или предохранители, чем менять аппарат каждый раз, когда он будет сгорать.