Что такое силовой трансформатор. Конструкция. Элементы. Классификация.

Силовой трансформатор – это установка, используемая в сетях для передачи электроэнергии на большие расстояния, обеспечивающая снижение потерь. Работа силового трансформатора базируется на принципе трансформации: электроэнергия одного параметра переходит в другую размерность посредством силы электромагнитной индукции. Для этого осуществляется передача по шинам электрической энергии, поступившей с щеточного элемента генераторов, в трансформаторы, где повысится и будет передаваться далее.

Чтобы стало понятнее, что такое силовой трансформатор, можно дать иное определение.  Это электротехнический агрегат с несколькими обмотками, установленными в электросеть неподвижно. В нем меняется ток и напряжение с сохранением частоты. Во вторичных источниках питания используется преобразователь, который именуется понижающим устройством. В повышающих наращивается напряжение, поэтому они устанавливаются в высоковольтных ЛЭП, характеризующихся повышенной мощностью, емкостью и пропускной способностью.

Конструкция и элементы

Принцип работы

Классификация

Мощность

Как выбрать

Конструкция силового трансформатора и элементы

Силовые трансформаторы выпускаются масляными, сухими. Высоковольтная установка – это не просто аппарат, а сложное инженерное оборудование. В состав аппарата входит множество компонентов:

• Станина;
• Масляный бак прямоугольной формы;
• Термосифонный фильтр;
• Двухслойна цилиндрическая обмотка низкого потенциала;
• Магнитопроводы;
• Высокоамплитудная обмотка;
• Расширительный резервуар;
• Проходные изоляторы на вводе двух классов амплитуды;
• Устройство РПН для переключения;
• Газовое реле;
• Радиаторы с охладителями, вентиляторами;
• Моторный привод;
• Запорная арматура.

Трансформаторы выпускаются одно- и трехфазными.

Подача нагрузки, высокого и низкого напряжения реализована на вводы, расположенные на клеммной колодке внутри или снаружи СТ. Для закрепления контакта используется болтовое или специальное крепление. Для масляных установок ввод закрепляется по сторонам бака либо на крышке корпуса.

От внутренних обмоток трансляция ведется на гибкие демпферы либо резьбовые шпильки, выполненные из цветных металлов. Изоляция силовых трансформаторов от шпилек выполняется с применением слоя пластика либо фарфора. Зазоры заполняются прокладочным слоем из компонентов, устойчивых к маслам и средам синтетического происхождения.

Температура масла снижается охладителями вверху, после чего оно подается в нижний слой с боков. Для СТ устройства остужения представлены:

• Наружным контуром для устранения тепла от носителя;
• Внутренней цепью, отвечающей за нагрев масла.

В трансформаторных установках могут использоваться разные типы охладителей:

• Радиаторы – множество плоских каналов, сваренных на торце, которые размещены в пластинах для сообщения нижних и верхних коллекторов;
• Гофрированные резервуары установлены в агрегатах малой и средней мощности, поэтому служат емкостями для понижения температуры и рабочими баками со складчатой поверхностью стенок;
• Вентиляторы используются в больших модулях трансформаторов для принудительного охлаждения;
• Теплообменники отвечают за перемещение синтетических жидкостей насосом, так как для естественной циркуляции недостаточно места;
• Циркуляционные насосы.

Приборы для трансформации напряжения обязательно снабжаются оборудованием для регуляции изменения числа функциональных витков. На вторичной обмотке для модификации вольтажа используется переключатель числа спиралей либо определяется болтовым соединением, соответствующим выбранным перемычкам. Изменение напряжения в укрупненных диапазонах осуществляется посредством регулирующих модулей.  

Принцип работы

Назначение силовых трансформаторов влияет на их функционирование. Базовыми для работы стали законы электротехники. В первичной обмотке проходит ток, изменяющийся во времени гармониками. В магнитопроводах он формирует усиленный поток магнитных полей. Индукция подается сквозь витки вторичной обмотки, формируя электродвижущую силу.

В простом трансформаторе установлен сердечник из пермаллоя, феррита и пары обмоток. В состав магнитопровода входит набор пластинчатых, ленточных либо формованных компонентов. Он необходим для перемещения магнитного потока, формируемого при воздействии электротока. Силовой трансформатор преобразует силу тока и напряжение индукционным методом, но частота и форма графика перемещения электронов остается неизменной.

Трансформаторы повышающего типа базируются на схеме повышения напряжения на вторичной обмотке по сравнению с первичной. В понижающих выходной вольтаж превышает выходной показатель. В емкости с маслом помещен сердечник со спиральными витками.

В случае включения переменного тока на первичной спирали формируется переменное магнитное поле. Оно замыкается на сердечнике, затрагивая вторичную цепь. Электродвижущая сила передается подключенным нагрузкам на выходе трансформатора. Станция работает в трех режимах:

• При холостом ходе вторичная катушка находится в разомкнутом состоянии, внутри обмоток нет тока. В первичной спирали присутствует электричество холостого хода, которое составляет 2-5% от номинала.
• Под нагрузкой работа реализована с подключением питания и потребителей. Энергия у силовых трансформаторов присутствует на двух обмотках. Это наиболее распространенный регламент работы устройств.
• Короткое замыкание, при котором сопротивление вторичной катушки остается единственной нагрузкой. В этом режиме можно выявить потери для разогрева обмоток.

Классификация

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования высоковольтного тока большой мощности, но не для изменения показателей сети. В зависимости от количества фаз станции классифицируются как однокатушечные узлы либо многообмоточные устройства.

Однофазный преобразователь монтируется статически, он оснащен обмотками, связанными взаимной индукцией, установленными неподвижно. Сердечник изготовлен в формате замкнутой рамы, есть нижнее и верхнее ярмо, боковые стержни со спиралями. Катушка и магнитопровод используются в качестве активных элементов.

На стержнях есть обвивка, установленная в определенных сочетаниях по форме и числу витков либо монтируется в концентрическом порядке. Чаще всего используется цилиндрическая обвивка. Агрегат имеет конструктивные элементы, предназначенные для фиксации частей станции, изоляции проходов между витками, охлаждения и защит от поломок. Продольной изоляцией охвачены отдельные витки и их сочетания на сердечнике. Диэлектрики используются для предотвращения перехода между обмотками и заземлением.

Для трехфазных сетей используются двух- и трехобмоточные установки, необходимые для равномерного распределения нагрузки. В трансформаторах с масляным охлаждением используется магнитопровод с обмотками, расположенными в баке с веществом.

Обвивки размещены на общем проводнике, есть вторичные и первичные контуры, которые взаимодействуют за счет возникновения общего тока, поля либо поляризации во время перемещения в магнитной среде присутствующих заряженных электронов. Общая индукция затрудняет выявление рабочих параметров установки. Для заземления трансформатора используется план, в котором обмотки взаимодействуют в электрической среде, а не магнитной.

Используется принцип эквивалентности действия рассеивающих потоков действия сопротивлений катушек, пропускающих ток.

Мощность

Для расчета нагрузки силового трансформатора используется условие неисправности одного из двух СТ. Второй необходим для обеспечения потребителей электроэнергией. Он выдает проектную мощность, поддерживая заданную частоту тока, силу, напряжение, коэффициент трансформации ф=0,8. Электрическое питание создается трансформатором на базе перегрузочной способности.

Как выбрать

Для строительства и монтажа ТЭС, АЭС, ГЭС, ДЭС есть несколько характерных показателей: мощность и надежность электропитания. Для отдельных категорий потребителей электроэнергии важна надежность электроснабжения. Устройство выбирается с обязательным учетом защиты ЛЭП. Добиться высокой степени финансовой эффективности СТ можно за счет проектирования оптимальной сети распредустройств: ЗРУ, ОРУ, ВРУ по трансляции электрической энергии.

Среди затрат покупки и обслуживания трансформаторов выделяют устройства для преобразования электрической энергии. Обычно развитие и реконструкция производства осуществляется на перспективу. В требования технической оснащенности электросетей обычно вносятся коррективы, которые определяют характеристики силовых трансформаторов.

Чтобы на предприятии электрическое питание подавалось без перебоев, устанавливают второй трансформатор. Первый постоянно работает, а второй используется в качестве резерва. Периодически один из агрегатов переводится в режим капитального, текущего или промежуточного ремонта, наладку, испытание оборудования или сетей.

На предприятиях рекомендуется устанавливать два агрегата с условием использования каждого с коэффициентом загрузки 0,7 от номинального значения мощности. Если один работающий аппарат из двух выходит из строя, второй остается в работе. В процессе эксплуатации возникают: проблемы с защитами, различные неисправности, нарушения в функционировании оборудования РУ, подстанции.