Силовые трансформаторы

Чтобы снизить потери при транспортировке электроэнергии на определенные расстояния, применяется метод трансформации, который заключается в преобразовании отдельных характеристик переменного тока и амплитуды напряжения.

Фактически это выглядит так: генератор вырабатывает электроэнергию, которая по проводам попадает на подстанцию, где амплитуда напряжения повышается, и ток подается дальше на следующий пункт назначения. Другая подстанция является конечным пунктом и распределяет полученную энергию между потребителями, предварительно понизив ее амплитуду до первичного значения.

В зависимости от расстояний от основного генератора до конечного потребителя, мощности и разветвленности силовых линий, промежуточных подстанций может быть любое количество.

На каждой подстанции есть специальные электротехнические устройства – силовые трансформаторы, по которым и передается ток.

Назначение силовых трансформаторов заключается в преобразовании электроэнергии и сокращении потерь при транспортировке от источника к потребителю.

Основная классификация силовых трансформаторов

Существует несколько критериев, по которым проводится классификация силовых трансформаторов. Наиболее распространенный вариант – разделение на условные категории в зависимости от мощности и напряжения.

Различают следующие типы силовых трансформаторов:

• 1-я группа (изделия с мощностью до 100 кВА);


• 2-я группа (диапазон мощности от 160 до 630 кВА);


• 3-я группа (от 1000 до 6300 кВА);


• 4-я группа (показатель мощности выше 10000 кВА);


• 5-я группа (все трансформаторы с мощностью выше 40000 кВА);


• 6-я группа (мощность от 100000 кВА).

Если брать в качестве определяющих критериев другие показатели и характеристики, то можно выделить следующие виды силовых трансформаторов:

• количество фаз – одна или три. Трехфазный силовой трансформатор является наиболее распространенным электротехническим устройством, которое используется на подстанциях;


• число обмоток – трех- или двухобмоточные;


• по своему назначению трансформаторы могут быть повышающими или понижающими;


• если брать за критерий место установки, то различают внешние и внутренние устройства;


• по типу охлаждения устройства делятся на две категории – силовые сухие трансформаторы (с воздушным охлаждением) и силовые масляные трансформаторы.

Вне зависимости от типа, мощностных характеристик или габаритных размеров принцип действия силового трансформатора базируется на основе явления электромагнитной индукции.

При подаче на устройство тока с определенными характеристиками он проходит через замкнутый магнитопровод и попадает на первичную и вторичную обмотку.

В зависимости от числа витков в обмотках определяется коэффициент напряжений. Если в первичной обмотке число витков меньше – то это повышающий трансформатор, если наоборот, то речь идет о понижающем трансформаторе.

Из каких конструктивных элементов состоит силовой трансформатор?

Конструкция силового трансформатора состоит из следующих элементов:

• силовые вводы;


• охладители;


• устройства, позволяющие регулировать рабочее напряжение;


• навесное оборудование.

Чтобы разобраться в устройстве прибора, следует рассмотреть некоторые компоненты подробнее.

Вводы силовых трансформаторов

Питающее напряжение и нагрузка на трансформатор осуществляются через специальные устройства – силовые вводы.

В зависимости от типа изделия они могут находиться снаружи изделия или внутри в виде клеммных колодок (для сухих трансформаторов). У трансформаторов масляного типа вводы располагаются исключительно снаружи (на крышке корпуса или сбоку). Обязательным условием является изоляция вводов из специальных материалов.

По конструкции исполнения существует несколько разновидностей вводов с различным типом изоляции:

• фарфоровая;
• маслобарьерная;
• полимерная;
• элегазовая;
• бумажно-масляная;
• конденсаторная проходная.

Охладители

Обязательный элемент конструкции любого силового трансформатора. Большое количество электрической энергии, проходя через трансформатор, преобразуется в тепло. Специальная двухконтурная система, заполненная маслом, нуждается в регулярном охлаждении.

Для этих целей используются различные устройства:

• радиаторы. Конструктивно охладитель состоит из металлических пластин различной конфигурации, которые обладают хорошей теплопроводностью, через которые и выводится тепловая энергия в атмосферу или вторичную охлаждающую среду;


• гофрированный бак. Универсальное устройство для установок небольшой мощности. Конструктивно он совмещает в себе радиатор и емкость для масла. Тепло выводится благодаря внешним и внутренним гофрированным поверхностям;


• принудительная вентиляция. Навесные вентиляторы применяют для трансформаторов большой мощности. Благодаря постоянному принудительному охлаждению удается повысить производительность системы до 20-25%;


• охладители масляно-водяные. На сегодняшний день такие комбинированные конструкции используются чаще всего благодаря их простоте и высокой эффективности;


• циркуляционные насосы. Устройство обеспечивает регулярное перемещение горячего масла в нижний контур, заменяя его холодным.

Регулировка напряжения силовых трансформаторов

Чтобы изменить коэффициент трансформации силового трансформатора, в конструкции предусмотрены устройства для регулировки напряжения. Фактически они уменьшают или увеличивают количество витков в обмотке.

В зависимости от типа устройства оно может работать без нагрузки или под воздействием напряжения.

Дополнительное оборудование

Устройство силового трансформатора включает в себя различные виды дополнительного навесного оборудования:

• газовое реле. Это устройство выполняет защитные функции. При нестабильной работе трансформатора (нарушена система охлаждения, повреждения различного типа), масло начинает постепенно разлагаться на простые составляющие. В процессе выделяется определенное количество газов. Если реакция протекает медленно, то устройство подает предупреждающий сигнал, а если газ образуется слишком быстро, то реле просто отключает трансформатор;


• индикаторы температуры. Специальные датчики на основе термопар регулярно проводят замеры температуры масла в самых горячих точках;


• поглотители влаги. Так как конструкция маслонаполненной емкости не является абсолютно герметичной, то под крышкой может образоваться водяной конденсат. Специальные устройства поглощают влагу и препятствуют попаданию ее в масло;


• система постоянной регенерации масла;


• защита от повышения давления внутри емкости. Система комбинируется с устройствами сброса лишнего давления и работает в автоматическом режиме;


• индикатор уровня масла. В большинстве случаев он выполнен в виде прибора с циферблатом и стрелкой или в виде трубки, которая заполнена маслом и соединена с емкостью по принципу сообщающихся сосудов.

Больше информации о современных силовых трансформаторах, их основных разновидностях, типах конструкции и новейших разработках в этой сфере можно узнать на международной выставке «Электро». Мероприятие состоится на территории ЦВК «Экспоцентр».

Измерительные трансформаторы тока и напряжения
Принцип действия измерительных трансформаторов
Высоковольтные трансформаторы