หมอแปลงไฟฟากําลัง

นาย ทวโีชค เพชรเกษม

การไฟฟาสวนภูมิภาค

Good Transformer

A Not Good Transformer

หมอแปลงไฟฟากําลัง

หัวขอ

• ความรูทั่วไปเกี่ยวกับหมอแปลงไฟฟา

• โครงสรางของหมอแปลงไฟฟา

• ระบบควบคมุ

• ระบบปองกัน

• การดูแล และ การบํารุงรักษา

ความรูทั่ว ไปเกี่ยวกับหมอแปลงไฟฟา

โรงไฟฟา

เครื่องกําเนิดไฟฟา

เปลี่ยนพลังงานกลเปนพลังงานไฟฟา

W , VAR , VA

VAVAR

Wθ

Power factor = COS θ

VA2 = W2 + VAR2

W = VA * COS θ

VAR = VA * SIN θ

10-30 kV

33 kV22 kV11 kV

380/230 V

6.6 kV

380/230 V

500 kV

230 kV115 kV69 kV

โรงไฟฟา

Distribution Transformer

Generator Transformer

Substation Transformer

Power Transformer

สายสง

Transmission line

สายสง

Gas Insulated Substation

สถานีไฟฟาแรงสูง

High voltage substation

Gas Insulated Substation

Distribution Transformer

หมอแปลงระบบจาํหนาย

Power Transformer หมอแปลงไฟฟากําลัง

Power Transformer หมอแปลงไฟฟากําลัง

หมอแปลงไฟฟา Power Transformer

แปลงขึ้น

แปลงลง

แรงดันต่ํา แรงดันสูง

แรงดันต่ําแรงดันสูง

ความถี่คงที่

ทําไมไฟฟากระแสตรงจึงใช

กับหมอแปลงไมได?

อุปกรณไฟฟา

กฎมือขวา

นิ้วหัวแมมือแสดงถึงทิศทางของ กระแส

นิ้วอื่นทัง้สีแ่สดงถึงทิศทางของ เสนแรงแมเหล็ก

กระแสเสนแรง

แมเหล็ก

เมื่อมีกระแสไฟฟาไหลผานลวดตัวนํา จะกอใหเกิดสนามแมเหล็กขึ้นรอบๆ

Major Elements

สวนประกอบหลกั

load

Core แกนเหล็ก

Primary Winding ขดลวดปฐมภูมิ

Secondary Winding ขดลวดทุติยภูมิ

การเหนี่ยวนําใหเกิดแรงดันไฟฟา

E1 E2

แกนเหล็ก

ดานทุติยภูมิ

ดานปฐมภูมิφ

N1 N2

E1 = 4.44 * N1 * f * B * A

E2 = 4.44 * N2 * f * B * A

f = ความถี่

B = ความหนาแนนของเสนแรงแมเหล็ก

A = พื้นที่หนาตัดของแกนเหล็ก

Induced voltage E2 = 4.44 * N2 * f * B * A volts

ถา N จํานวนรอบมาก E มาก

ถา N จํานวนรอบนอย E นอย

3 รอบ 3 volts6 รอบ 6 volts

1 volt 1 volt

No load condition

E1

φI0

E2V1 V2N1 N2

I0 excitation current ใชสรางเสนแรงแมเหล็ก

E1 / N1 = E2 / N2

E1 / N1 = E2 / N2

หมอแปลงฯ แรงดันไฟฟา 115/11.5 kV

ถา ดาน 115 kV มีขดลวด 1150 รอบ

แลว ดาน 11.5 kV จะมีกี่ รอบ ?

11.5 kV ==> 11.5 * 1150 / 115 = 115 รอบ

E2 / E1 = N2 / N1 = K

115 / 34 kV --> step down transformer

11 / 115 kV --> step up transformer

K > 1 step up transformer

K < 1 step down transformer

Transformer under load

E1

φI1

E2 Load

I2

V1 V2N1 N1

I1 / I2 = N2 / N1

I1*N1 = I2*N2

E1 / N1 = E2 / N2 เพราะ ม ีVoltage drop เนื่องจาก flux leakage

ตัวอยาง เชน หมอแปลงไฟฟาขนาด 50 MVA 115/23 kV

กระแสดานแรงดันสูง IHV = 50,000,000 / 115,000 /1.732 = 251 amps

กระแสดานแรงดันต่ํา ILV = 50,000,000 / 23,000 /1.732 = 1251 amps

Capacity of Power Transformer

VA = /3 * I * V

Power Transformer

Distribution Transformer

เปรียบเทยีบ

ใชหลักการเดียวกัน ( วงจรไฟฟา และ วงจรแมเหล็ก )

โครงสราง และ สวนประกอบ เหมือนกัน ( แกนเหล็ก , ขดลวด , ฉนวน , ถัง ... )

แต หมอแปลงไฟฟากําลัง มี แรงดันไฟฟาสูงกวา

ราคาสูงกวา

ขนาด MVA มากกวา

มีระบบการควบคุมและการปองกันที่ ซับซอน มากกวา !!!

Power Transformer

หมอแปลงไฟฟากําลังเปรียบเทยีบ

Distribution Transformer

หมอแปลงไฟฟาระบบจําหนาย

ตองการ การบํารุง ดูแลรักษา มากกวา !!!

โครงสราง หมอแปลงไฟฟากําลัง

โครงสราง หมอแปลงไฟฟากําลัง

• สวนประกอบภายใน

• สวนประกอบภายนอก

• สวนตอภายในและภายนอก

สวนประกอบภายใน

แกนเหล็ก core

ฉนวน insulation

ขดลวด windings

สวนประกอบภายใน

แกนเหล็ก

core

Core Cutting ตัดแผนเหล็ก

Silicon steel หนา 0.23-0.35 mm.

Insulation coating

Grain orientation

Core cutting machine

Core Laying เรียงแกนเหล็ก

เรียงครั้งละ 1-4 แผน

พยายามทําใหมี air gap นอยที่สุดเพื่อ ลดความสูญเสีย ในแกนเหล็ก

Yoke bolts

Core clamp

Transformer Core แกนเหล็ก

เปนทางเดินของเสนแรงแมเหล็ก เพื่อเหนี่ยวนําวงจรไฟฟา ระหวางขดลวด

Steel beam /

Core clamp

Core legs /

limb

Flitch plate

Yoke bolts

ฉนวน

insulation

Insulation material

• Paper and Pressboard

– made from Cellulose fiber

– pine trees produces long fibers with high mechanical strength

– Typical water content in shop 5% , After drying < 0.5% , Final product < 1%

– Must be free from contaminants

• Oil

– Inslating material

– Heat transferring media

Pressboard Insulation paper

Insulation Shop

ขดลวด

winding

Wound with insulation paper

rectangular copper conductorFormer cylinder

Winding mandrel

Windingsขดลวด

Low voltage windings

High voltage windings

Tapping windings

Tapping winding รวมกับ HV winding

Tapping winding แยกกับ HV winding

Loading Windings

สวมขดลวดลงแกนเหล็ก

ตําแหนงการวาง ขดลวด 115/22 kV, Dyn1

Tap Winding

Common Spacer Ring

HV Winding 115 kV

LV winding 22 kV

Core

ตําแหนงการวาง ขดลวด PEA 115/34 (11) kV

Tap Winding

Common Spacer Ring

TV winding 11 kV

HV Winding 115 kV

LV winding 34 kV

Core

Cleats and Leads

Leads

Cleats เปนโครงที่ใชยึด สายตอ leads ทําดวย pressboard หรือ ไม

Leads เปนสายตอของขดลวดระหวาง phase , ตอไปที่ OLTC , ตอเขา bushing

Active part

Core , Windings , Cleats&Leads

Active part

Active part

Vapor phase

ตูอบ

นําหมอแปลงเขาตูอบเพือ่ไลความชืน้

ออกจากฉนวน

moisture content < 0.5%

อบ active part เสร็จแลวตองรีบเอาลงถังเพื่อ vacuum และ เตมิน้ํามนั

Active Part in the Tank

ภายในตัวถังหมอแปลง

ภายในตัวถังหมอแปลง

ภายนอกตัวถังหมอแปลง

ความสญูเสยีที่เกิดขึ้น ใน หมอแปลงไฟฟา

• No load loss , PO

– เปนความสูญเสีย ที่เกิดขึ้น เมื่อมแีรงดันจายใหหมอแปลงฯ แมวาจะมี

load หรือ ไมมี load ก็ตาม

– สวนใหญเกิดขึ้น ใน แกนเหล็ก เนื่องจากเสนแรงแมเหล็กที่ไหลในแกน

เหล็ก

• Load loss , PK

– เปนความสูญเสีย ที่เกิดขึ้น เมื่อมีกระแสไหลใน ขดลวดหมอแปลง ถามี

load มาก ความสูญเสียก็จะมากตามเปนกําลัง 2 ( PK I2R )

– สวนใหญเกิดขึ้น ใน ขดลวด หมอแปลงฯ

No load loss , PO

I2R

Load loss , PK

ความสูญเสียทีเ่กดิขึ้น ใน หมอแปลงไฟฟา