Для чего предназначены силовые трансформаторы

Силовые трансформаторы: назначение, устройство, типы и виды

Силовые трансформаторы имеют широкое практическое применение. Эти электромагнитные устройства используют, если нужно увеличить напряжение на стороне нагрузки.

Как работают силовые трансформаторы

Работа силового трансформатора происходит благодаря электромагнитной индукции. При подаче тока на первичную обмотку образуется сцепление между обмотками, вызывая электродвижущую силу. Это способствует появлению переменного магнитного потока в магнитопроводе.

При этом для получения напряжения на вторичной обмотке значение имеет соотношение витков между обмотками силового трансформатора. Это соотношение определяется тем, какую задачу должен решить трансформатор: повысить или понизить напряжение.

Как устроены силовые трансформаторы

Ключевой узел каждого устройства – магнитопровод (сердечник) с двумя и более обмотками. Его изготавливают из стали с высокой магнитной проницаемостью. Он обладает способностью быстро намагничиваться даже в слабых магнитных полях и быстро размагничиваться при отсутствии магнитного поля. Сердечник изготавливают из тонких листов металла таким образом, чтобы стержни были вписаны в окружность.

Обмотки силового трансформатора производят из меди или алюминия. Каждый виток в обмотке изолирован от магнитопровода и других витков обмотки. Между основными элементами так называемой активной части трансформаторов, а именно обмотками, магнитопроводом и другими конструкционными элементами, специально оставляют пространство, чтобы охлаждающая жидкость (масло) могла циркулировать и тем самым отводить тепло от обмоток и магнитопровода. Электрический ток подается на первичную обмотку, а после его преобразования в трансформаторе с вторичной обмотки снимается вторичный ток, отличающийся от первичного на коэффициент трансформации, который зависит от соотношения количества витков в первичной и вторичной обмотках (рис. 1).

Рис. 1. Устройство силового трансформатора: 1 – первичная обмотка с числом витков w₁; 2 – вторичная обмотка с числом витков w₂; 3 – стержень магнитопровода; 4, 5 – ярмо магнитопровода

Основные элементы конструкции силовых трансформаторов

1. Для электрического присоединения обмоток высокого (ВН), среднего (СН) или низкого (НН) напряжения к соответствующим устройствам электрической сети (генераторам, двигателям, линиям электропередач и так далее) на трансформаторах устанавливаются вводы различного типа и конструкционного исполнения. Так, например, вводы на стороне ВН имеют высокое номинальное напряжение, а вводы на стороне НН рассчитаны на высокие номинальные токи, что непосредственно влияет на их конструкцию и размеры.

2. Для регулирования напряжения и, соответственно, тока на первичной и вторичной обмотках трансформатора путем изменения коэффициента трансформации за счет электрического соединения различного количества витков обмоток применяются два типа переключателей. Один из них производит переключение, т.е. регулирование, под нагрузкой (РПН), а другой производит переключение без нагрузки и без напряжения (ПБВ), что означает переключение без возбуждения. Оба типа переключателей, как правило, устанавливаются в обмотках ВН, так как они имеют меньшие значения номинального тока, что особенно важно для РПН из-за необходимости гашения возникающей при переключении дуги меньшей энергии, чем если бы это было на стороне НН.

3. На масляных трансформаторах большой мощности устанавливается масляная система охлаждения. Масляное охлаждение бывает:

• естественное;
• естественное с дутьем;
• принудительное – с направленным движением масла;
• принудительное с дутьем;
• принудительное масляно-водяное.

Дополнительное навесное оборудование

Дополнительное навесное оборудование совершенствует работу силовых трансформаторов (рис. 2). К нему относятся:

1) защита, отключающая трансформатор или подающая оповещающие сигналы, – газовое реле. Принцип действия газового реле для защиты трансформатора основан на контроле давления газа. Реле врезают в маслопровод трансформатора между баком и расширителем. В случае резкого повышения температуры, которое может возникнуть, например, из-за электрического разряда внутри бака трансформатора, начинает разлагаться масло, отчего внутри трансформатора образуется газ. Разогретые газы стремятся попасть в расширитель устройства, проходя через корпус реле;

2) система защиты от повышения давления охладителя, которая работает автоматически;

3) индикаторы температуры – измеряют температуру масла в маслонаполненном оборудовании;

4) прибор, измеряющий уровень масла;

5) система фильтрации и сушки масла;

6) влагопоглотители конденсата, образующегося под крышкой трансформатора, препятствуют его попаданию в масло.

Рис. 2. Дополнительные функции управления, мониторинга и диагностики трансформаторов, применяемые в производстве силовых трансформаторов «Группы СВЭЛ»

Типы и виды силовых трансформаторов

Какие бывают силовые трансформаторы? Силовые трансформаторы можно разделить по различным основаниям.

По количеству фаз выделяют однофазные и трехфазные трансформаторы. Трехфазные используют на подстанциях, они более распространены.

По числу обмоток – двухобмоточные и трехобмоточные трансформаторы.

По задаче или назначению трансформаторы бывают повышающие или понижающие напряжение.

По месту установки – устанавливаемые внутри помещений и устанавливаемые снаружи помещений (рис. 3).

Рис. 3. Трансформатор, установленный на Курской АЭС

По преобразуемому параметру электрического напряжения выделяют силовой трансформатор тока и силовой трансформатор напряжения.

Силовые трансформаторы тока преобразуют силу тока без изменения его мощности.

Силовые трансформаторы напряжения помогают получить нужное напряжение от источника переменного тока, например, промышленной сети.

По виду диэлектрика выделяют сухие силовые трансформаторы (с литой или воздушно-барьерной изоляцией) и силовые маслонаполненные трансформаторы.

Сухие силовые трансформаторы с литой изоляцией (рис. 4) имеют ряд преимуществ:

• компактный размер;
• широкий диапазон допустимых температур (до –60 °С);
• повышенная пожарная и экологическая безопасность;
• пониженный уровень шума;
• простота монтажа;
• устойчивость обмоток к увлажнению и загрязнению.

Рис. 4. Основные элементы конструкции сухих трансформаторов

Трансформатор силовой масляный имеет широкий спектр применения в промышленности. По конструкции он представляет собой корпус (бак) с погруженными в него сердечником и обмотками и заполненный трансформаторным маслом.

• низким уровнем шума;
• отсутствием необходимости подпрессовки обмоток и капремонта в процессе всего срока эксплуатации;
• незначительными добавочными потерями в металлоконструкциях.

«Группа СВЭЛ» имеет площадки по производству сухих и масляных трансформаторов в Екатеринбурге. Все трансформаторы производятся с полным контролем на каждом этапе изготовления, сборки и проверки и соответствуют необходимым стандартам качества.

Основное назначение и устройство силовых трансформаторов

Назначение силовых трансформаторов – это преобразование энергии одного напряжения в энергию другого, сводится к преобразованию амплитуды переменного напряжения при сохранности частоты. В основе работы прибора лежит принцип электромагнитной индукции.

Силовые трансформаторы являются основным элементом всех электрических подстанций, поскольку передача электрического тока высокой мощности на большие расстояния более экономична, но требует преобразования.

Силовые трансформаторы: назначение и устройство

Силовой трансформатор имеет типичную конструкцию, которая включает следующие элементы:

• Основа конструкции трансформатора — активная часть с магнитопроводом, на котором располагаются обмотки высшего и низшего напряжения, а также переключающим устройством. Переключающее устройство дает возможность ступенчатого изменения напряжения в пределах обмотки, а также поддержания его на зажимах обмотки. Это необходимо, поскольку в электросистемах часто возникают отклонения от нормальных показателей электроснабжения.
• Бак трансформатора — это овальный резервуар с трансформаторным маслом. Масло выполняет функции охлаждения для обмоток магнитопровода, а также повышает уровень изоляционной защиты между частями, проводящими ток и заземленным баком.
• Термосифонный фильтр. Крепится к баку и предназначен для поддержания изоляционных свойств трансформаторного масла и увеличения срока его эксплуатации. Фильтры цилиндрической формы, заполнены сорбентом.
• Вводы катушек высокого и низкого напряжения (проходные изоляторы из фарфора), расширитель (компенсирует колебания масла при изменении температуры), маслоуказатель, воздуоосушитель, и другие дополнительные элементы.

Все трансформаторы имеют общий принцип действия.

Силовые трансформаторы: типы назначения

Силовые трансформаторы отличаются по показателям мощности, напряжения и назначению. В зависимости от типа трансформатора, ему присваивается определенный буквенный код:

• А — автоматический трансформатор. Если буква стоит в начале, то понижающий, если в конце обозначений, то повышающий.
• Д — дутьевой тип охлаждения, когда используется принудительная циркуляция воздуха вентиляторами;
• ДЦ — дутьевой, у которого принудительная циркуляция масла осуществляется насосом;
• М — естественное охлаждения масла;
• МЦ — масляный (циркуляция воздуха естественная, масла — принудительная);
• Н — регулировка напряжения под нагрузкой;
• Р — имеет расщепленную обмотку;
• С — имеет сухое естественное охлаждение воздухом;
• Т — обозначает трехобмоточный тип, если буква вторая, то трехфазный.

Кроме обозначения основного типа работы устройства, классификация производится по следующим категориям:

• Габариты;
• Количество фаз и обмоток;
• Исполнение — устанавливается внутри или снаружи помещения;
• Функциональное назначение – работает на повышение или понижение напряжения;
• Система отвода тепла – может быть воздушная или масляная.

От правильной работы трансформатора зависит работа всей системы, поэтому они должны отвечать требованиям ГОСТ, иметь соответствующие сертификаты и проходить своевременную проверку, которая включает:

• Контроль уровня масла и качество работы системы маслогенерации;
• Состояние влагопоглотителей, корпуса и основных узлов.

Регулярность осмотра зависит от типа и назначения силового трансформатора. При выявлении неполадок проводится ремонт, замена частей, доливается масло. Все действия по поддержанию работы трансформаторов выполняются специалистами соответствующего уровня допуска.

Силовые трансформаторы: основные характеристики

Трансформаторы силовые предназначены для преобразования трехфазного переменного тока в сетях электроэнергии. Они имеют многогранный спектр применения на всевозможных производствах, в общественных сооружениях и зданиях, используются для повышения уровня безопасности и снижения вероятности взрыва или возгорания. Применяются и в тех местах, где предоставляются высокие требования к экологической чистоте. Также одним из главных областей применения – это объекты АЭС, с классом безопасности 3 ил 4.

Предназначение трансформаторов

Главной задачей трансформатора является повысить безопасность использования электроприборов путем снижения напряжения в сети. Контроль уровня напряжения позволяет без риска перегорания использовать электрооборудование. Благодаря этому можно спокойно выполнять работы по строительству, где возникают постоянные перепады напряжения из-за специфики работы.

Основные показатели и характеристики

Далее приведем список основных показателей, которые характеризуют данное оборудование:

• коэффициент трансформации,
• потери короткого замыкания,
• напряжение короткого замыкания,
• потери холостого хода,
• суммарные потери,
• ток холостого хода,
• полная масса.

Важной характеристикой является и номинальные напряжения обмоток, которые представляют собой напряжения первичной и вторичной обмоток.

Трансформаторы силовые применяются в различных условиях любой сложности. Устойчивы к повышенной влажности, стабильно работают при загрязненности. Оборудование характеризуется относительно малым уровнем шума, позволяя комфортно работать с ним. Агрегат наделен стойкостью к перегрузкам, что позволит эксплуатировать трансформатор при граничных нагрузках, сохраняя пожаробезопасность.

Отличительная черта трансформаторов – это возможность использования оборудования при холостом ходе. Такой режим работы позволяет сократить потребление тока. Стоит обратить внимание, что трансформаторы уязвимы к различного рода вибрациям, тряске и ударам. Поэтому устанавливать их стоит на устойчивую поверхность без каких-либо колебаний. Также поддаются воздействию химической агрессивной среды. Данное оборудование подходит для работы в закрытых помещениях или же на открытом воздухе.

Хочу быть в курсе акций и новинок

Применение трансформаторов

Трансформатор используется для повышения или понижения напряжения в электрической цепи переменного тока. Трансформатор можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный.

Наиболее важными видами применения и применения трансформатора являются:

• изменение уровня напряжения или тока (когда напряжение увеличивается, ток уменьшается и наоборот) в цепи переменного тока
• изменение значения конденсатора, индуктора или сопротивления в цепи переменного тока
• предотвращение перехода постоянного тока из одной цепи в другую
• изолирование двух цепей

Основное применение трансформатора заключается в повышении (увеличении) или понижении (уменьшении) уровня напряжения.

Трансформаторы также применяются для:

• повышения уровня напряжения на стороне генерации перед передачей и распределением.
• для коммерческого или бытового использования электроэнергии, трансформатор понижает (декрирует) уровень напряжения, например, от 11 кв до 220 В однофазного и 440 В трехфазного.

Типы трансформаторов, основанные на использовании

Существует также несколько типов трансформаторов, которые работают в определенной области. Как в электронике, так и в электротехнике несколько специализированных трансформаторов используются в качестве понижающего или повышающего трансформатора в зависимости от области применения трансформаторов. Таким образом, трансформаторы могут быть классифицированы следующим образом в зависимости от использования:

Трансформаторы, используемые в силовой области

В электротехнике область мощности имеет дело с производством, измерением и распределением энергии. Однако это очень большая область, где трансформаторы являются важной частью для обеспечения безопасного преобразования энергии и успешной доставки энергии на подстанцию и конечным потребителям. Трансформаторы, которые используются в области питания, могут быть как наружными, так и внутренними.

Силовые трансформаторы имеют большие размеры и используются для передачи энергии на подстанцию или в общественное электроснабжение. Этот трансформатор действует как мост между генератором энергии и первичной распределительной сетью. В зависимости от номинальной мощности и технических характеристик силовые трансформаторы могут быть далее классифицированы на три категории: Малые силовые трансформаторы, средние силовые трансформаторы и большие силовые трансформаторы. Номинальная мощность может быть более 30 кВА для 500-700 кВА или в некоторых случаях может быть равна или больше 7000 кВА для небольшого номинального силового трансформатора.

• Силовой трансформатор

Из-за очень высокой выработки электроэнергии строительство силового трансформатора также имеет решающее значение. Конструкция включает в себя прочную изолирующую периферию и хорошо сбалансированную систему охлаждения. Наиболее распространенные силовые трансформаторы заполнены маслами.

Основной принцип работы силового трансформатора заключается в преобразовании низковольтного высокого тока в высоковольтный низкий ток. Это необходимо для минимизации потерь мощности в системе распределения электроэнергии.

Еще одним важным параметром для силового трансформатора является наличие фазы. Обычно силовые трансформаторы работают в трехфазной системе, но в некоторых случаях используются также однофазные малые силовые трансформаторы. Трехфазные силовые трансформаторы являются наиболее дорогостоящими и эффективными, чем однофазные силовые трансформаторы.

• Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор используется для изоляции основной мощности и преобразования тока и напряжения в меньшем соотношении к его вторичному выходу. Измеряя выход, можно измерить фазу, ток и напряжение фактической линии электропередачи.

• Распределительный трансформатор

Распределительные трансформаторы – это понижающий трансформатор, который преобразует высокое сетевое напряжение в требуемое конечным потребителем напряжение. Он также может быть однофазным или трехфазным.

Распределительные трансформаторы могут быть дополнительно классифицированы в зависимости от типа используемой изоляции. Он может быть сухого типа или может быть погружен в жидкость. Он изготовлен с использованием ламинированных стальных пластин, в основном выполненных в форме буквы С в качестве основного материала.

Распределительный трансформатор также имеет другой тип классификации, основанный на месте его использования. Трансформатор может быть установлен на коммунальном столбе, если это так,то его называют полюсным распределительным трансформатором. Он может быть размещен внутри подземной камеры, установлен на бетонной площадке (на площадке установлен распределительный трансформатор) или внутри закрытого стального ящика.

Трансформаторы, используемые в электронике

• Импульсный трансформатор

Это один из наиболее часто используемых трансформаторов на печатных платах, которые производят электрические импульсы постоянной амплитуды. Он используется в различных цифровых схемах, где генерация импульсов необходима в изолированной среде. Поэтому импульсные трансформаторы изолируют первичную и вторичную цепи и распределяют первичные импульсы по вторичной цепи, часто это цифровые логические элементы или драйверы.

• Аудиотрансформатор

Это еще один широко используемый трансформатор в области электроники. Он специально используется в приложениях, связанных со звуком, где требуется согласование импеданса. Аудиотрансформатор уравновешивает схему усилителя и нагрузки, как правило, громкоговорителя. Аудиотрансформатор может иметь несколько первичных и вторичных катушек, разделенных или центрированных.