เค้าโครงของตำแหน่งที่คดเคี้ยว

ขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าเป็นโครงสร้างฉนวนทั้งหมดหรือโครงสร้างฉนวนแบบแบ่งเกรด ใน EN60076-3 จะมีการเรียกขดลวดเหล่านี้ตามลำดับว่าขดลวดที่หุ้มฉนวนทั้งหมดและขดลวดที่ไม่หุ้มฉนวนทั้งหมด ในโครงสร้างที่หุ้มฉนวนทั้งหมด ขดลวดทั้งหมดจะมีระดับฉนวนเท่ากัน ระดับฉนวนถูกกำหนดโดยอิงจากแรงดันทดสอบที่ใช้กับขดลวดเหล่านี้ โครงสร้างฉนวนแบบแบ่งเกรด (ฉนวนไม่เต็ม) สามารถลดต้นทุนการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงพิเศษได้ การนำระบบฉนวนส่วนประกอบมาใช้นั้นขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าขดลวดควรเชื่อมต่อในรูปแบบสตาร์ และจุดที่เป็นกลางของโครงร่างสตาร์จะต้องต่อสายดิน ด้วยวิธีนี้ โครงสร้างฉนวนของขั้วต่อสายดินที่คดเคี้ยวจะต้องถึงระดับฉนวนปกติเท่านั้น

ก่อนที่จะใช้ EN60076-3 และ IEC76 ในสหราชอาณาจักร BS171 กำหนดให้กลุ่มที่มีแรงดันไฟฟ้า 66kV และต่ำกว่าทุกกลุ่มต้องใช้โครงสร้างที่หุ้มฉนวนโดยสมบูรณ์ ในสหราชอาณาจักรที่สูงกว่า 66kV, 132kV, 275kV และ 400kV ทั้งหมดใช้โครงสร้างฉนวนแบบแบ่งเกรด แม้ว่าตามข้อบังคับ EN60076-3 ขดลวดของระดับแรงดันไฟฟ้าใดๆ ก็ตามสามารถเป็นฉนวนแบบเต็มหรือแบบไม่มีฉนวนทั้งหมดได้ แต่หม้อแปลงที่ผลิตในสหราชอาณาจักรยังคงใช้วิธีการแบบดั้งเดิม ทั้งนี้เนื่องมาจากทั้งผู้ใช้และพฤติกรรมการใช้งาน ตลอดจนข้อเท็จจริงที่ว่าในหลายกรณี อุปกรณ์ที่เพิ่มเข้ามาใหม่จะต้องทำงานควบคู่ไปกับอุปกรณ์ที่ออกแบบตามมาตรฐานเดิม นอกจากนี้ตัวระบบยังได้รับการออกแบบตามมาตรฐานเดิมมาโดยตลอด เนื่องจากความจริงที่ว่าหม้อแปลงส่วนใหญ่ที่มีขดลวดไฟฟ้าแรงสูงพิเศษสองตัว (แต่ละขดลวดมีระดับแรงดันไฟฟ้า 132AV ขึ้นไป) เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ ซึ่งหมายความว่าหม้อแปลงไฟฟ้าแบบขดลวดคู่ส่วนใหญ่มีขดลวดหุ้มฉนวนหลายเกรดมากที่สุด และหม้อแปลงไฟฟ้าแบบขดลวดสองชั้นจำนวนมากอาจมีขดลวดทั้งสองที่มีโครงสร้างฉนวนทั้งหมด

แรงดันทดสอบภายนอกสำหรับการพัน 33kV คือ 70kV เมื่อชั้นของท่อกระดาษถูกเพิ่มอย่างเหมาะสมระหว่างขดลวดแรงดันสูง-และขดลวดแรงดันต่ำ- และมีการเพิ่มส่วนรองรับช่องว่างน้ำมันทั้งสองด้าน ระยะห่างของฉนวนหลักในแนวรัศมีจะต้องเพิ่มขึ้นจนสามารถทนต่อแรงดันทดสอบได้ ฉนวนที่ปลายของขดลวดจะต้องทนต่อผลกระทบของความเค้นตามผิวฉนวน ดังนั้น ระยะห่างระหว่างขดลวดและแอกเหล็กจึงใหญ่กว่าระยะห่างของฉนวนหลักระหว่างขดลวดแรงดันสูง-และขดลวดแรงดันต่ำ-เล็กน้อย ระยะห่างระหว่างขดลวดแรงดันสูง-ที่อยู่ติดกันนั้นประมาณเท่ากับระยะห่างของฉนวนหลักระหว่างขดลวดแรงดันสูง-กับขดลวดแรงดันต่ำ- เพื่อที่จะทนต่อแรงดันไฟฟ้าทดสอบที่ 70kV จำเป็นต้องสร้างระยะห่างระหว่างขดลวดไฟฟ้าแรงสูงให้คล้ายกับช่องว่างฉนวนหลักระหว่างขดลวดไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำ และเพื่อเพิ่มชั้นของพาร์ติชันเฟสที่ระยะนี้ (ตัวอย่างเช่น ตรงกลางของระยะทาง)

หัวขดลวดแรงดันต่ำ-จะต้องนำออกจากส่วนบนและส่วนล่างของเสาแกนเหล็ก ซึ่งหมายความว่าจะต้องผ่านใกล้กับแคลมป์แกนเหล็ก เนื่องจากระดับแรงดันไฟฟ้าของหัวเหล่านี้ค่อนข้างต่ำ จึงสามารถโค้งงอไปทางด้านขดลวดได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และสามารถออกแบบแคลมป์แกนเหล็กได้อย่างสมเหตุสมผลเพื่อให้แน่ใจว่าระยะห่างของฉนวนที่จำเป็นโดยการชดเชยหัวเหล่านี้ให้ห่างจากแคลมป์แกนเหล็ก
นอกจากนี้ หัวขดลวดไฟฟ้าแรงสูง-ยังต้องถูกนำออกจากส่วนบนและส่วนล่างของเสาแกนเหล็ก แต่หัวเหล่านี้อยู่ที่ฝั่งตรงข้ามของตะแกรงลวดจากหัวไฟฟ้าแรงดันต่ำ- เนื่องจากระยะห่างที่มากกว่าระหว่างหัวแรงดันไฟฟ้าสูง-กับแคลมป์แกนเหล็กเมื่อเทียบกับหัวแรงดันไฟฟ้าต่ำ- และแรงดันไฟฟ้าทดสอบที่ค่อนข้างต่ำ 70kV หัวแรงดันไฟฟ้าสูง-จึงต้องมีฉนวนมากกว่าหัวแรงดันไฟฟ้าต่ำ-เล็กน้อย

สะดวกในการวางส่วนของท่อประปาไว้ตรงกลางของขดลวดไฟฟ้าแรงสูง- ซึ่งหมายความว่าเมื่อส่วนของตัวเปลี่ยนแทปทั้งหมดถูกตัดออกจากไลน์ "ช่องว่าง" ที่มีประสิทธิผลในการพันขดลวดจะอยู่ที่ตรงกลางของขดลวดแรงดันสูง- ดังนั้นขดลวดยังคงรักษาความสัมพันธ์สมดุลทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดี ด้วยวิธีนี้ คุณสามารถนำสายประปาออกจากพื้นผิวของขดลวดไฟฟ้าแรงสูง-ได้ และมักจะอยู่ที่ด้านแรงดันต่ำ-ของหม้อแปลง

ตัวควบคุมเครือข่ายการกระจายจะตั้งค่าแหล่งจ่ายไฟเครือข่ายไว้ที่ 11kV ซึ่งในกรณีนี้หม้อแปลงอาจมีขนาด 132kV/11kV เชื่อมต่อแบบสตาร์/สตาร์ และอาจมีขดลวดที่สามด้วย แรงดันไฟฟ้าของขดลวดที่สามอาจเป็น 11kV ในบทบาทคู่ของการทำหน้าที่เป็นขดลวดที่มั่นคงและจ่ายไฟเสริมในท้องถิ่นให้กับสถานีย่อย แรงดันไฟฟ้าของขดลวดที่สามอาจเป็น 415V เช่นกัน ไม่ว่าระดับแรงดันไฟฟ้าจะเป็นอย่างไร ขดลวดที่สามควรจัดวางให้ใกล้กับแกนเหล็กมากที่สุด หากแรงดันไฟฟ้าเป็น 11kV ระดับแรงดันทดสอบของขดลวดที่สามจะเหมือนกับของขดลวดแรงดันต่ำ ดังที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ในขดลวดแรงดันต่ำของหม้อแปลง 33kV/11kV ถ้าแรงดันไฟฟ้าเป็น 415V ระดับแรงดันทดสอบของขดลวดที่สามจะต่ำมาก และโครงสร้างฉนวนที่ต้องการมีแนวโน้มที่จะตรงตามข้อกำหนดของระยะห่างทางกลเท่านั้น แทนที่จะเป็นประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ไม่ว่าในกรณีใด โครงสร้างฉนวนของขดลวดที่สามและขดลวดแรงดันไฟฟ้าต่ำ-จะคล้ายคลึงกับโครงสร้างฉนวนของหม้อแปลงไฟฟ้า 33kV/11kV จัดเรียงขดลวดแรงดันต่ำ-ไว้ด้านนอกขดลวดที่สาม และระยะห่างของฉนวนระหว่างขดลวดแรงดันต่ำ-กับขดลวดที่สาม รวมถึงระยะฉนวนปลายของขดลวดที่สามนั้นใกล้เคียงกับระยะห่างของฉนวนระหว่างขดลวดแรงดันต่ำ-กับแกนเหล็กในหม้อแปลงที่เชื่อมต่อแบบสตาร์/เดลต้า ขดลวดแรงดันสูง-ขนาด 132kV ถูกจัดเรียงไว้ด้านนอกขดลวดแรงดันต่ำ- ซึ่งเป็นข้อดีของหม้อแปลงที่ไม่หุ้มฉนวนทั้งหมด

สำหรับโครงสร้างขดลวดที่ไม่หุ้มฉนวนทั้งหมดขนาด 132kV เมื่อจุดที่เป็นกลางต่อสายดิน แรงดันไฟฟ้าทดสอบที่ใช้ลงกราวด์อาจมีค่าเพียง 38kV เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการทดสอบแรงดันไฟฟ้าเกินของขดลวด ปลายลวดขดลวดจะต้องเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าทดสอบอย่างน้อย 230kV ลงกราวด์ ดังนั้น โครงสร้างฉนวนที่จำเป็นสำหรับจุดที่เป็นกลางของขดลวดอาจเทียบเท่ากับระดับฉนวนของขดลวดแรงดันไฟฟ้าต่ำ-เท่านั้น แต่ฉนวนของปลายลวดขดลวดจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของแรงดันไฟฟ้าทดสอบที่สูงกว่ามาก ดังนั้น การออกแบบที่สมเหตุสมผลควรวางปลายสายไฟฟ้าแรงสูง-ให้ห่างจากแกนเหล็กมากที่สุด ด้วยเหตุนี้เองที่ปลายสายไฟฟ้าแรงสูง-จึงมักจะถูกดึงออกมาจากตรงกลางของเสาแกนเหล็ก ด้วยวิธีนี้ ขดลวดแรงดันไฟฟ้าสูง-ประกอบด้วยการเชื่อมต่อแบบขนานสองจุด โดยมีปลายจุดที่เป็นกลางนำออกจากส่วนบนและส่วนล่างของคอลัมน์แกนเหล็กตามลำดับ และปลายสายของการเชื่อมต่อแบบขนานทั้งสองพร้อมกันซึ่งนำออกจากตรงกลางของคอลัมน์แกนเหล็ก ในโครงสร้างนี้ หากส่วนของสายประปาแรงดันสูง-อยู่ที่ปลายที่เป็นกลางของขดลวดแรงดันสูง- จุดที่เป็นกลางสามารถเชื่อมต่อภายในเครื่องเปลี่ยนก๊อกน้ำได้อย่างสะดวก และควรลดระดับฉนวนที่ใช้สำหรับเครื่องเปลี่ยนก๊อกน้ำให้เหลือน้อยที่สุดให้เหลือน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบจริง เซ็กเมนต์ตัวเปลี่ยนแทปเหล่านี้ไม่สามารถตั้งค่าบนขดลวดไฟฟ้าแรงสูง-ได้ เหตุผลก็คือ หากส่วน tap changer เหล่านี้ถูกตั้งค่าไว้ที่ปลายเป็นกลางของขดลวด-แรงดันไฟฟ้าสูง เมื่อถูกตัดออกจากสายไฟ จะมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความสูงระหว่าง-ขดลวดแรงดันไฟฟ้าสูงและขดลวดแรงดันไฟฟ้าต่ำ- ซึ่งจะเพิ่มฟลักซ์การรั่วไหลของขดลวดและการสูญเสียการหลงทางของขดลวดอย่างมีนัยสำคัญ เช่นเดียวกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่สมดุลภายใต้สภาวะ-วงจรสั้น นอกจากนี้ ความต้านทานจะแตกต่างกันอย่างมากตามตำแหน่งแรงดันไฟฟ้าประปาที่แตกต่างกันของหม้อแปลงไฟฟ้า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตั้งค่าขดลวดต๊าปแยกต่างหากและวางไว้นอกขดลวดไฟฟ้าแรงสูง- ขดลวดต๊าปแยกนี้สั้นกว่าขดลวดไฟฟ้าแรงสูงและขดลวดแรงดันต่ำ และจำเป็นต้องแบ่งออกเป็นส่วนบนและส่วนล่าง ไม่มีส่วนของเส้นตรงตรงกลาง เหลือพื้นที่สำหรับลวดตะกั่วที่จุดเริ่มต้นของขดลวดไฟฟ้าแรงสูง

โครงสร้างฉนวนระหว่างตำแหน่งตรงกลางของขดลวดไฟฟ้าแรงสูงและขดลวดแรงดันต่ำจะต้องสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุดได้ในระหว่างการทดสอบแรงดันไฟฟ้าเกินของขดลวดไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งต้องใช้ระยะห่างของฉนวนหลักในแนวรัศมีที่ใหญ่กว่าระหว่างขดลวดไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำมากกว่าในกรณีของหม้อแปลงไฟฟ้า 33kV/11kV และต้องจัดเรียงชุดโครงสร้างฉนวนช่องว่างน้ำมันที่ประกอบด้วยส่วนรองรับกระดาษแข็งที่ระยะนี้ ช่องว่างน้ำมันเหล่านี้ใช้เพื่อสร้างช่องทางหมุนเวียนสำหรับน้ำมันหล่อเย็น และยังอำนวยความสะดวกในการแทรกซึมของน้ำมันฉนวนเข้าไปในฉนวนกระดาษแข็ง ดังนั้น วิธีที่สะดวกกว่าคือการพันขดลวดแรงดันสูง-ลงบนท่อกระดาษแข็ง การใช้โครงสร้างนี้จำเป็นต้องสร้างขดลวดแรงดันไฟฟ้าสูง-ขนาดเล็กเพื่อออกแบบความเค้นทางไฟฟ้าของขดลวดแรงดันไฟฟ้าต่ำ- ซึ่งจำเป็นต้องเพิ่มระยะห่างของฉนวนหลักระหว่างขดลวดไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำ ดังนั้น หากสามารถพันกลุ่มสายไฟแรงสูง-บนแม่พิมพ์แบบถอดได้ การออกแบบที่สอดคล้องกันอาจจะประหยัดกว่า ในกรณีนี้ ขดลวดแรงดันไฟฟ้าสูง-สามารถติดตั้งเข้ากับขดลวดแรงดันไฟฟ้าต่ำ-ได้หลังจากถอดแม่พิมพ์ออก โดยหลีกเลี่ยงการใช้ท่อกระดาษแข็ง

ในระหว่างการทดลอง แรงดันไฟฟ้าระหว่างปลายสายขดลวดแรงดันสูง-กับขดลวดต๊าปที่เชื่อมต่อกับจุดที่เป็นกลางจะใกล้เคียงกับแรงดันไฟฟ้าระหว่างขดลวดแรงดันสูง-กับขดลวดแรงดันไฟฟ้าต่ำ- ดังนั้น ควรตั้งค่าโครงสร้างฉนวนช่องว่างน้ำมันของท่อกระดาษที่คล้ายกันหลายชุดระหว่างขดลวดไฟฟ้าแรงสูง-และขดลวดก๊อกน้ำ ท่อกระดาษเหล่านี้ต้องมีรูตรงกลางของขดลวดเพื่อให้สามารถแยกขั้วสายไฟแรงสูง-ได้ สามารถใช้วงแหวนมุมอ่อนหรือวงแหวนมุมแบบหล่อเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ข้างต้นได้โดยไม่ทำให้ความแข็งแรงของฉนวนลดลง

แม้ว่าระบบขดลวดที่ไม่หุ้มฉนวนทั้งหมดสามารถนำไปใช้กับโครงสร้างที่อธิบายไว้ข้างต้นได้ดี และใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบ 132kV ขึ้นไปในสหราชอาณาจักร แต่โครงสร้างนี้ก็มีข้อบกพร่องบางประการและไม่สามารถใช้ได้ในบางกรณี ในกรณีที่ความจุของหม้อแปลงไฟฟ้ามีน้อยและกระแสไฟฟ้าแรงสูงต่ำมาก ข้อเสียเปรียบหลักของโครงสร้างข้างต้นก็จะสะท้อนให้เห็น ปัญหานี้อธิบายได้อย่างชัดเจนผ่านตัวอย่าง แม้ว่าหม้อแปลงที่มีการลดแรงดันไฟฟ้าโดยตรงจาก 400k และความจุเพียง 60MV · A จะไม่ค่อยได้ใช้ แต่ก็พบโครงสร้างนี้เป็นครั้งคราว ตัวอย่างเช่น เป็นกรณีที่จำเป็นต้องจ่ายไฟสำรองให้กับโรงไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับระบบ 400kV แต่ไม่สามารถรับแรงดันไฟฟ้า 132V ได้ ในกรณีนี้ กระแสของสายไฟฟ้าแรงสูง-คือ 86.6A เมื่อขดลวดแรงดันสูง-ใช้โครงสร้างการเชื่อมต่อสอง-ทาง กระแสไฟในการพันขดลวดขนานแต่ละเส้นจะเป็น 43.3A สำหรับการพันประเภทนี้ พื้นที่หน้าตัด-ที่ต้องการของเส้นลวดที่ค่าความหนาแน่นกระแสโดยทั่วไปคือ 144 มม. พื้นที่หน้าตัด-นี้เหมาะสำหรับการใช้ลวดขนาด 3 มม. * 5 มม. แต่มีขนาดเล็กเกินไปที่จะทำให้การพันของขดลวดมีความมั่นคงเพียงพอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับขดลวดที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าสูงเช่นนี้ มีแนวโน้มว่าจะต้องพันสายไฟด้วยฉนวนกระดาษหนา 1 มม. ซึ่งทำให้ปัญหาข้างต้นโดดเด่นยิ่งขึ้น ดังนั้น เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านเสถียรภาพของโครงสร้างขดลวด จึงจำเป็นต้องเลือกค่าความหนาแน่นกระแสที่ต่ำกว่าความหนาแน่นกระแสทางเศรษฐกิจมาก

การใช้โครงสร้างคู่ขนานสามารถแก้ปัญหาข้างต้นได้ ซึ่งจะทำให้พื้นที่หน้าตัด-ของเส้นลวดเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าโดยตรง และขนาดโดยทั่วไปอาจกลายเป็น 3 มม. * 120 มม. ขนาดนี้มักใช้ในการตัด แน่นอนว่า ณ จุดนี้ ไม่มีข้อได้เปรียบจากโครงสร้างเส้นขาออกส่วนกลาง และปลายขดลวดยังต้องทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าทดสอบทั้งเส้นถึงกราวด์ด้วย หากจุดที่เป็นกลางต่อสายดินผ่านอิมพีแดนซ์ จะไม่สามารถใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่ไม่หุ้มฉนวนทั้งหมดได้ โครงสร้างนี้มักใช้ในสถานที่อื่นนอกสหราชอาณาจักร การเชื่อมต่อแบบสามเหลี่ยมของขดลวดแรงดันสูง-ที่มีระดับแรงดันไฟฟ้า 132kV ขึ้นไปไม่สามารถทำได้ในสหราชอาณาจักร แต่จะใช้ในบางประเทศเป็นครั้งคราว ในกรณีนี้การใช้ขดลวดที่มีโครงสร้างทางออกตรงกลางจะไม่มีความเหนือกว่าอีกต่อไป หากใช้การพันการเชื่อมต่อแบบสามเหลี่ยม จะต้องวางส่วนของเส้นต๊าปไว้ตรงกลางของการพัน เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของการออกแบบฉนวนเต็มรูปแบบ เครื่องเปลี่ยนแทปยังต้องทนต่อแรงดันไฟฟ้าทดสอบทั้งหมดของขดลวดแรงดันสูง-ด้วย แม้ว่าต้นทุนการผลิตของโครงสร้างนี้จะสูงกว่าโครงสร้างที่ไม่หุ้มฉนวนอย่างสมบูรณ์ แต่ก็สามารถแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงข้อดีของการต่อสายดินแบบตายตัวที่จุดที่เป็นกลางสำหรับหม้อแปลงดังกล่าว