Navitja transformatorja in izolacija transformatorja

Navitja transformatorja so komponente vezja transformatorja in so ključni deli za pretvorbo elektromagnetne energije. Izdelani so iz izoliranih žic (običajno bakrenih ali aluminijastih), zvitih po določenem vzorcu in prenašajo energijo po principu elektromagnetne indukcije.

1. Glavne funkcije

• Ustvarjanje magnetnega polja: Ko je primarno navitje napajano z izmeničnim tokom, se vzpostavi izmenično magnetno polje.
• Indukcijska elektromotorna sila: To izmenično magnetno polje prehaja skozi sekundarno navitje in inducira elektromotorno silo (napetost) v sekundarnem navitju.
• Spreminjanje napetosti: S prilagoditvijo razmerja obratov primarnega in sekundarnega navitja lahko napetost povečate ali znižate.

2. Vrste navitij (razvrščene po nivoju napetosti in relativnem položaju)

• Visok{0}}napetostno navitje: navitje, ki prenese višjo napetost. Običajno ima manjši prerez-žice (ker je tok razmeroma majhen), vendar zahteva visoko izolacijo.
• Nizko{0}}napetostno navitje: navitje, ki prenese nižjo napetost. Običajno ima večji prerez-žice (ker je tok razmeroma velik) in ima relativno nižje zahteve glede izolacije.

Strukturno jih glede na njihovo razporeditev na jedru delimo predvsem na dve vrsti:

(1) Koncentrično navijanje:

• Zgradba: Visoko{0}}in nizko{1}}napetostna navitja so navita v cilindrične oblike različnih premerov in koncentrično nameščena na kraku jedra.
• Običajna razporeditev: Za lažjo izolacijo je nizko-napetostno navitje običajno nameščeno na notranji strani (bližje jedru), visoko-napetostno navitje pa na zunanji strani. To je zato, ker je izolacijo med nizko-napetostnim navitjem in jedrom (ozemljeno) lažje uporabljati.
• Uporaba: večina močnostnih transformatorjev (zlasti tistih z večjimi zmogljivostmi) uporablja to strukturo. Postopek izdelave je razmeroma preprost, struktura pa robustna.

(2) Prepleteno navitje:

• Struktura: visokonapetostna-in nizko{1}}napetostna navitja so izdelana v obliki diska in izmenično zložena vzdolž višine kraka jedra.
• Prednosti: Zmanjšan tok uhajanja med navitji, visoka mehanska trdnost in močna odpornost na kratek-vez.
• Uporaba: Uporablja se predvsem za posebne transformatorje, kot so transformatorji za električne peči in varilni transformatorji, ki morajo prenesti velike elektromagnetne sile.

3. Glavne zahteve za navitja
Električna zmogljivost: Prenesti mora dolgoročno-delovalno napetost in prehodno prenapetost (kot so udari strele).
Mehanska zmogljivost: Struktura mora biti dovolj močna, da brez deformacije prenese ogromne elektromagnetne sile, ki nastanejo med kratkimi stiki.
Toplotna učinkovitost: imeti mora dobro odvajanje toplote, da zagotovi, da dvig temperature pri dolgotrajni-obremenitvi ne preseže meje.
Učinkovitost postopka: Postopek navijanja mora biti preprost, ekonomičen in zanesljiv.

Materialni sistem je tisti, ki ločuje različne dele navitja drug od drugega in ločuje navitje od ozemljenih delov (kot sta jedro in rezervoar za olje). To ni-del vezja transformatorja, vendar določa varnost in življenjsko dobo transformatorja.
1. Glavne funkcije

• Potencialna izolacija: Zanesljivo ločuje prevodne dele z različnimi potenciali (kot so navitja visoke in nizke napetosti ter navitja iz jedra), da prepreči kratke stike.
• Kanal za odvajanje toplote: Izolacijski materiali (kot je transformatorsko olje) pogosto služijo kot hladilni medij, ki prenaša toploto, ki jo ustvarita navitje in jedro.
• Mehanska podpora: Izolacijski materiali (kot je izolacijska plošča) prav tako pomagajo pritrditi in podpirati navitja.

2. Razvrstitev izolacije (po lokaciji in funkciji)
Izolacijski sistem transformatorja je običajno razdeljen v dve glavni kategoriji:

• Notranja izolacija: Nahaja se znotraj rezervoarja transformatorskega olja in ni v neposrednem stiku z zunanjim zrakom.
• Glavna izolacija: Nanaša se na izolacijo med navitji in ozemljenimi deli (kot sta jedro in rezervoar za olje) ter med navitji različnih napetostnih ravni (kot je med visoko-napetostnimi in nizko{1}}napetostnimi navitji). To je jedro izolacijskega sistema transformatorja in določa napetostni nivo transformatorja.
• Vzdolžna izolacija: Nanaša se na izolacijo znotraj istega navitja, kot je izolacija med ovoji (izolacija od -to-turn), med plastmi navitja (izolacija od -do-plasti) in med odseki navitij (izolacija od-do-odseka).
• Zunanja izolacija: Nanaša se na izolacijske dele, ki so izpostavljeni zraku zunaj transformatorja, predvsem izolacija na vrhu puš (zunaj rezervoarja za olje). Njegova izolacijska trdnost je v glavnem odvisna od zračnih razmer in plazilne poti.

3. Glavni izolacijski materiali
Izolacija transformatorjev (zlasti oljnih-transformatorjev) je kompozitni sistem. Pogosti materiali vključujejo:
(1) Tekoči izolacijski materiali:

• Mineralno transformatorsko olje: najpogosteje uporabljeno. Funkcije vključujejo: izolacijo (veliko večja dielektrična trdnost kot zrak), odvajanje toplote (odvaja toploto s konvekcijo), zaščito (izolira kisik, upočasni staranje materiala).
• Sintetično ali naravno estrsko izolacijsko olje: kot je silikonsko olje ali rastlinsko izolacijsko olje, ki se običajno uporablja na mestih z visokimi zahtevami glede požarne odpornosti.

(2) Trdni izolacijski materiali:

• Izolacijski papir, izolacijska plošča: uporablja se za zavojno izolacijo, plastno izolacijo, ločila med navitji in izolacijske cilindre. Kompozitni izolacijski sistem iz oljnega-papirja je najbolj klasična in zanesljiva vrsta izolacije transformatorja.
• Epoksi smola: pogosto se uporablja v suhih-transformatorjih, ki z ulivanjem tvorijo trdno splošno izolacijo.
• Papir NOMEX®: Visoko{0}}zmogljiv aromatski poliamidni papir z visoko toplotno odpornostjo, ki se običajno uporablja v suhih-tipih ali posebnih transformatorjih.

Navitja transformatorja so 'kanali vezja' za doseganje pretvorbe elektromagnetne energije, medtem ko je izolacija transformatorja 'zaščitni sistem', ki varno ločuje komponente z različnimi potenciali; izolacija deluje kot 'oklep' za navitja, zagotavlja varnost za njihovo normalno delovanje in preprečuje nesreče zaradi kratkega-stika. Oba se dopolnjujeta in skupaj določata zmogljivost transformatorja, nivo napetosti in zanesljivost delovanja.