Назначение силовых трансформаторов. Силовые трансформаторы: назначение, принцип работы и основные характеристики

Какова роль силовых трансформаторов в энергосистеме. Как устроены и работают силовые трансформаторы. Каковы основные технические характеристики силовых трансформаторов. Чем отличаются силовые трансформаторы от других типов трансформаторов.

Назначение и роль силовых трансформаторов в энергосистеме

Силовые трансформаторы являются ключевым элементом систем передачи и распределения электроэнергии. Их основное назначение — преобразование уровней напряжения переменного тока для обеспечения эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния и ее распределения конечным потребителям.

Какие основные функции выполняют силовые трансформаторы в энергосистеме?

• Повышение напряжения на электростанциях для передачи энергии по высоковольтным линиям электропередачи
• Понижение напряжения на подстанциях для распределения энергии потребителям
• Согласование уровней напряжения в различных частях энергосистемы
• Гальваническая развязка электрических цепей
• Регулирование напряжения в сети

Использование силовых трансформаторов позволяет существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния. При повышении напряжения уменьшается сила тока в линии электропередачи, что ведет к снижению потерь мощности, пропорциональных квадрату тока.

Устройство и принцип работы силового трансформатора

Силовой трансформатор состоит из следующих основных элементов:

• Магнитопровод (сердечник) из электротехнической стали
• Обмотки высокого и низкого напряжения
• Система охлаждения (масляная или воздушная)
• Высоковольтные вводы
• Бак с трансформаторным маслом (для масляных трансформаторов)
• Устройство регулирования напряжения

На каком физическом явлении основан принцип работы силового трансформатора? Трансформатор работает на основе явления электромагнитной индукции, открытого Майклом Фарадеем. Переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле в сердечнике. Это поле индуцирует ЭДС во вторичной обмотке. Отношение числа витков в обмотках определяет коэффициент трансформации напряжения.

Основные технические характеристики силовых трансформаторов

К важнейшим характеристикам силовых трансформаторов относятся:

• Номинальная мощность (от 3 до 200 МВА и выше)
• Номинальные напряжения обмоток (до 750 кВ)
• Потери холостого хода и короткого замыкания
• Напряжение короткого замыкания
• Группа соединения обмоток
• Способ и диапазон регулирования напряжения
• Вид системы охлаждения

Какие факторы влияют на выбор мощности силового трансформатора? Мощность трансформатора выбирается с учетом максимальной нагрузки, коэффициента загрузки, необходимого резерва и допустимых перегрузок. Важно обеспечить оптимальный режим работы трансформатора с высоким КПД.

Типы и конструктивные особенности силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы классифицируются по ряду признаков:

• По числу фаз: однофазные и трехфазные
• По способу охлаждения: масляные и сухие
• По числу обмоток: двухобмоточные и многообмоточные
• По способу регулирования напряжения: с РПН и ПБВ

Чем отличаются масляные трансформаторы от сухих? Масляные трансформаторы используют трансформаторное масло для изоляции и охлаждения. Они более компактны и дешевле, но пожароопасны. Сухие трансформаторы безопаснее, но имеют ограничения по мощности и напряжению.

Особенности эксплуатации и обслуживания силовых трансформаторов

При эксплуатации силовых трансформаторов необходимо обеспечить:

• Контроль нагрузки и температурного режима
• Периодические испытания и измерения
• Техническое обслуживание систем охлаждения
• Контроль состояния масла в масляных трансформаторах
• Своевременный ремонт и замену изношенных элементов

Какие основные виды испытаний проводятся для силовых трансформаторов? К ним относятся измерение сопротивления обмоток, определение коэффициента трансформации, испытание электрической прочности изоляции, измерение потерь и тока холостого хода.

Перспективные разработки в области силовых трансформаторов

Основные направления совершенствования силовых трансформаторов включают:

• Применение новых электротехнических материалов
• Совершенствование систем охлаждения и изоляции
• Внедрение цифровых систем мониторинга и диагностики
• Разработку трансформаторов с улучшенными массогабаритными показателями
• Создание экологически безопасных трансформаторов

Какие инновации применяются в современных силовых трансформаторах? Активно внедряются системы онлайн-мониторинга состояния трансформатора, используются новые электроизоляционные жидкости на основе эфиров, применяются сверхпроводящие обмотки для повышения эффективности.

Сравнение силовых трансформаторов с другими типами трансформаторов

Основные отличия силовых трансформаторов от других типов:

• Значительно большая мощность (от сотен кВА до сотен МВА)
• Работа при полной нагрузке в течение длительного времени
• Высокий уровень напряжения (до 750 кВ и выше)
• Наличие развитых систем охлаждения
• Возможность регулирования напряжения под нагрузкой

Чем отличаются силовые трансформаторы от измерительных? Силовые трансформаторы предназначены для преобразования мощности, а измерительные — для преобразования тока или напряжения с целью их измерения. Измерительные трансформаторы имеют гораздо меньшую мощность и работают в узком диапазоне нагрузок.

Трансформаторы: классификация

ТРАНСФОРМАТОРЫ   

 

 

Классификация силовых трансформаторов

Рис. 1. — Краткая классификация трансформаторов по назначению

 

     О появлении и развитии трансформаторов, как электротехнических устройств, можно прочитать в статье Яна Шнейберга «Трансформация трансформатора».
Здесь же мы остановимся на классификации трансформаторов с практическими целями.

     Классификация трансформаторов может быть произведена по нескольким различным признакам: по габаритам, назначению и т.д. С точки зрения снабженца наиболее востребована классификация трансформаторов по назначению. В настоящее время по назначению обычно выделяют трансформаторы силовые, измерительные и специального назначения.

Измерительные трансформаторы включают в себя:
— трансформаторы тока;
— трансформаторы напряжения.

Подробнее об измерительныных трансформаторах Вы можете прочитать в соответствующем разделе нашего сайта, перейдя по ссылкам ниже:

Измерительные трансформаторы тока				Измерительные трансформаторы напряжения

     Силовые трансформаторы могут быть выполнены либо однофазными, либо трехфазными на промышленную частоту 50Гц. Кроме того, каждый силовой трансформатор может быть либо масляным, где для охлаждения и изоляции используется специальное трансформаторное масло, либо сухим, не содержащими масло.

Более подробно с силовыми трансформаторами Вы можете ознакомиться по ссылкам ниже:

Масляные силовые трансформаторы				Сухие силовые трансформаторы

     Что касается специальных трансформаторов, то они могут быть выполнены с различным количеством обмоток, отводов, на различное количество фаз и на различные частоты (могут быть на 50Гц, на 400Гц и на любую другую частоту по заказу). Специальные трансформаторы, как правило, изготавливаются на заказ в течение 45-60 рабочих дней. На складе они практически не бывают, т.к. изготавливаются для конкретных агрегатов и имеют большую специфику применения.

К специальным трансформаторам относятся в том числе и преобразовательные трансформаторы ТРСЗП.

Специальные силовые преобразовательные трансформаторы

 

Для грамотного заказа специальных необходимо заполнение опросного листа.

Посмотреть цены на трансформаторы в прайс-листе>>>

Каково назначение силовых трансформаторов

Трансформаторы предназначены для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Различают двух -, трех — и многообмоточные трансформаторы, имеющие соответственно две, три и более гальванически не связанные обмотки. Передача энергии из первичной цепи трансформатора во вторичную происходит посредством магнитного поля.

Различают силовые трансформаторы общего назначения, предназначенные для включения в сети, не отличающиеся особыми условиями работы, или для непосредственного питания совокупности приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. Силовые трансформаторы специального назначения, предназначены для непосредственного питания сетей и приемников электроэнергии, если эти сети и приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей и приемников электроэнергии относятся, например, подземные рудничные и шахтные сети и установки, выпрямительные установки, электрические печи и т. п.

Номинальной мощностью двухобмоточного трансформатора является номинальная мощность каждой из его обмоток, в трехобмоточном трансформаторе — наибольшая из номинальных мощностей трех его обмоток.

За номинальное напряжение обмотки принимается напряжение между соответствующими зажимами, связанными с данной обмоткой при холостом ходе трансформатора.

По исполнению трансформаторы могут быть трехфазными и однофазными. В трехфазном трансформаторе под обмоткой обычно понимают совокупность соединенных между собой обмоток одного напряжения разных фаз. В двухобмоточном трансформаторе различают обмотку ВН, присоединяемую к сети высокого напряжения, и обмотку НН, присоединяемую к сети низкого напряжения. Обмотку трансформатора, к которой подводится электрическая энергия, называют первичной, а обмотку, от которой энергия отводится — вторичной. В трехобмоточном трансформаторе различают обмотки ВН, СН и НН.

По виду охлаждающей среды различают сухие и масляные трансформаторы. Трансформаторы с естественным воздушным охлаждением (сухие трансформаторы) обычно не имеют специальной системы охлаждения. В масляных трансформаторах в систему охлаждения входят: бак трансформатора, заливаемый маслом, для мощных трансформаторов — охладители, вентиляторы, масляные насосы, теплообменники и т. д.

Активная часть трансформатора – конструктивная часть, которая включает обмотки высокого и низкого напряжения с электрической изоляцией, конструктивные части регулирующих устройств, остов трансформатора и все детали, которые обеспечивают механическое соединение этих компонентов. В силовых трансформаторах ТМ 630 активная часть конструктивно связана с крышкой бака и высоковольтными вводами.

Активная часть участвует в процессе электромагнитного преобразования. По этой причине для изготовления магнитопровода используют ферромагнитный материал с высокой диэлектрической проницаемостью, что обеспечивает низкий уровень потерь на перемагничивание. От конструктивных характеристик активной части полностью зависимы рабочие характеристики трансформатора. По этой причине оптимизация конструкции активной части в настоящее время представляет собой один из основных способов улучшения рабочих параметров силовых трансформаторов.

Задание 2. 2. Необходимо письменно ответить на вопрос, согласно своего порядкового номера по журналу.

Функция трансформаторов в источнике питания

Последнее обновление 5 мая 2023 г.

Там, где вы используете электрическую энергию переменного тока (AC), вы можете заметить использование трансформаторов. В системах постоянного тока (DC) промышленные источники питания используются для преобразования переменного напряжения в низкое постоянное напряжение. Трансформаторы, с другой стороны, преобразуют переменное напряжение в переменное напряжение или ток, не влияя на мощность.

Трансформаторы изготовлены из железного сердечника. На стороне высокого напряжения сердечника катушка намотана много раз, а на стороне более низкого напряжения трансформатора катушка намотана меньше раз. Когда электричество входит в катушку с одной стороны, оно индуцирует магнитное поле, которое создает более высокое или более низкое напряжение в другой катушке.

Какова функция трансформатора?

Трансформаторы могут уменьшать или увеличивать напряжение, что иногда называют понижением или повышением напряжения. Использование трансформатора может помочь сделать нужную мощность доступной для нас, когда она нам понадобится.

Целью использования трансформатора в источнике питания является обеспечение доступности электроэнергии при ее передаче от электростанции в офис, дом, на работу или в другое место. Энергия теряется, когда она проходит по проводам передачи от электростанции к потребителю. Коммунальные службы используют очень высокое напряжение, чтобы терять меньше энергии.

В пути используются различные типы трансформаторов. Когда электричество поступает от электростанции, трансформаторы повышают напряжение, чтобы обеспечить эффективное перемещение электричества. Когда он покидает электростанцию, электричество может быть усилено до тысяч вольт, чтобы пройти его путь. Электричество в конечном итоге достигает передающих станций, где трансформаторы и управляющее оборудование снижают напряжение до более безопасного уровня. По мере того, как электричество проходит по линиям электропередач, оно дополнительно уменьшается трансформаторами на опорах электропередач.

Трансформатор другого типа понижает напряжение до 120 В, когда оно поступает в ваш дом или офис. При напряжении 120 В электричество можно использовать для питания некоторых устройств и электрических розеток. Вы также можете использовать адаптер для преобразования в DC для некоторых устройств, таких как компьютеры.

Долли-Стайл

Тип клетки

Зачем нужны трансформаторы?

Использование трансформатора позволяет использовать электричество и передавать его на большие расстояния. Это означает, что меньшее количество электростанций может экономично поставлять электроэнергию широкому кругу потребителей без больших потерь энергии. Трансформаторы также гарантируют, что электроэнергия, поступающая в ваш дом, безопасна для ваших лампочек и розеток.

Как Trystar может помочь

Если вам нужна энергия и источник питания на рабочем месте, Trystar может помочь с док-станциями для генераторов, портативными источниками питания и другими решениями. Независимо от того, нужен ли вашей организации надежный резервный источник питания для поддержания критически важных операций или вам нужно временное питание для удаленных объектов, мы обеспечим вас.

Больницы, строительные площадки, организации по оказанию помощи при стихийных бедствиях и другие компании обращаются к нам, когда многое зависит от источника энергии, потому что мы предлагаем эффективные и надежные решения. Наша приверженность безопасности и целостности позволяет нам сосредоточиться на успехе наших клиентов. Свяжитесь с нашей командой сегодня, чтобы узнать, как мы можем вам помочь.

Карьера

Мы ищем талантливых, целеустремленных людей, которые присоединятся к нашей семье.
Присоединяйтесь к нашей команде

Что такое силовой трансформатор и как он работает?

В некоторых из наших предыдущих статей мы обсуждали основы трансформатора и его различных типов. Одним из важных и часто используемых трансформаторов является силовой трансформатор . Он очень широко используется для повышения и понижения напряжения на электростанции и распределительной станции (или подстанции) соответственно.

Например, рассмотрим блок-схему, показанную выше. Здесь силовой трансформатор используется два раза при подаче электроэнергии потребителю, находящемуся далеко от генерирующей станции.

• Первый раз на электростанции для повышения напряжения, вырабатываемого ветрогенератором.
• Второй находится на распределительной станции (или подстанции) для понижения напряжения, полученного в конце линии электропередачи.

Потери мощности в линиях электропередачи

Существует множество причин для использования силового трансформатора в системах электроснабжения. Но одной из самых важных и простых причин применения силового трансформатора является снижение потерь мощности при передаче электроэнергии.

Теперь давайте посмотрим, как потери мощности значительно уменьшаются при использовании силового трансформатора:

Во-первых, уравнение потерь мощности P = I*I*R.

Здесь I = ток через проводник, а R = сопротивление проводника.

Таким образом, потери мощности прямо пропорциональны квадрату тока, протекающего через проводник или линию передачи. Таким образом, чем меньше величина тока, проходящего через проводник, тем меньше потери мощности.

Как мы воспользуемся этой теорией, объясняется ниже:

• Допустим, начальное напряжение = 100 В, потребление нагрузки = 5 А и подаваемая мощность = 500 Вт. Тогда линии передачи здесь должны нести ток величиной 5А от источника к нагрузке. Но если мы увеличим напряжение на начальном этапе до 1000 В, тогда линии передачи должны будут нести только 0,5 А, чтобы обеспечить ту же мощность в 500 Вт.
• Итак, мы повысим напряжение в начале линии передачи с помощью силового трансформатора и используем другой силовой трансформатор для понижения напряжения в конце линии передачи.
• При такой настройке величина тока, протекающего по линии передачи протяженностью более 100 км, значительно снижается, что снижает потери мощности при передаче.

Разница между силовым трансформатором и распределительным трансформатором

• Силовой трансформатор обычно работает с полной нагрузкой, поскольку он рассчитан на высокую эффективность при 100% нагрузке. С другой стороны, распределительный трансформатор имеет высокий КПД при нагрузке от 50% до 70%. Таким образом, распределительные трансформаторы не подходят для непрерывной работы со 100% нагрузкой.
• Поскольку силовой трансформатор приводит к высоким напряжениям при повышении и понижении, обмотки имеют более высокую изоляцию по сравнению с распределительными трансформаторами и измерительными трансформаторами.
• Поскольку в них используется изоляция высокого уровня, они очень громоздкие и тяжелые.
• Поскольку силовые трансформаторы обычно не подключены к домам напрямую, они испытывают меньше колебаний нагрузки, в то время как распределительные трансформаторы испытывают большие колебания нагрузки.
• Они полностью загружены в течение 24 часов в сутки, поэтому потери меди и железа происходят в течение дня и остаются почти одинаковыми все время.
• Плотность потока в силовом трансформаторе выше, чем в распределительном трансформаторе.

Принцип работы силового трансформатора

Силовой трансформатор работает по принципу «закона электромагнитной индукции Фарадея». Это основной закон электромагнетизма, который объясняет принцип работы катушек индуктивности, двигателей, генераторов и электрических трансформаторов.

Закон гласит: « Когда проводник с замкнутым контуром или закороченный проводник приближается к переменному магнитному полю, в этом замкнутом контуре возникает ток» .

Чтобы лучше понять закон, остановимся на нем подробнее. Во-первых, давайте рассмотрим сценарий ниже.

Предположим, что постоянный магнит и проводник сначала поднесены близко друг к другу .

• Затем провод закорачивают с обоих концов проводом, как показано на рисунке.
• В этом случае в проводнике или петле не будет протекать ток, потому что магнитное поле, разрезающее петлю, стационарно, и, как упоминается в законе, только переменное или меняющееся магнитное поле может вызывать ток в петле.
• Таким образом, в первом случае стационарного магнитного поля поток в петле проводника будет нулевым.

Теперь представим, что если магнит движется вперед и назад, как маятник , то магнитное поле, разрезающее петлю, продолжает изменяться. Поскольку в этом случае присутствует переменное магнитное поле, вступают в силу законы Фарадея, и, таким образом, мы можем видеть ток, протекающий в петле проводника.

Как вы можете видеть на рисунке, после того, как магнит движется вперед и назад, мы видим ток «I», протекающий через проводник и замкнутый контур.

Теперь давайте удалим постоянную батарею , чтобы заменить ее другими источниками переменного магнитного поля, как показано ниже.

• Теперь источник переменного напряжения и проводник используются для создания переменного магнитного поля.
• После того, как петля проводника приблизилась к диапазону магнитного поля, мы можем увидеть ЭДС, генерируемую поперек проводника. Из-за этой индуцированной ЭДС у нас будет ток «I».
• Величина индуцированного напряжения пропорциональна напряженности поля во втором контуре, поэтому чем выше напряженность магнитного поля, тем выше ток, протекающий в замкнутом контуре.

Хотя можно использовать один проводник, настроенный для понимания закона Фарадея. Но для лучшей практической работы предпочтительнее использовать катушку с обеих сторон.

Здесь через первичную катушку1 протекает переменный ток, который создает переменное магнитное поле вокруг проводящих катушек. И когда катушка 2 входит в диапазон магнитного поля, создаваемого катушкой 1, тогда на катушке 2 возникает напряжение ЭДС из-за Закон электромагнитной индукции Фарадея . И из-за этого напряжения в катушке 2 ток «I» протекает через вторичную замкнутую цепь.

Теперь вы должны помнить, что обе катушки подвешены в воздухе, поэтому среда проводимости, используемая магнитным полем, — воздух. А воздух имеет более высокое сопротивление по сравнению с металлами в случае проводимости магнитного поля, поэтому, если мы используем металлический или ферритовый сердечник в качестве среды для электромагнитного поля, мы можем более полно испытать электромагнитную индукцию.

Итак, теперь давайте заменим воздушную среду железной средой для дальнейшего понимания.

Как показано на рисунке, мы можем использовать железный или ферритовый сердечник для уменьшения потерь магнитного потока при передаче энергии от одной катушки к другой. За это время магнитный поток, просочившийся в атмосферу, будет значительно меньше, чем то время, когда мы использовали воздушную среду, так как сердечник является очень хорошим проводником магнитного поля.

После того, как поле будет создано катушкой 1, оно будет течь через железный сердечник, достигая катушки 2, и по закону Фарадея катушка 2 генерирует ЭДС, которая будет считываться гальванометром, подключенным к катушке 2.

Теперь, если вы внимательно присмотритесь, вы обнаружите, что эта установка похожа на однофазный трансформатор. И да, каждый существующий сегодня трансформатор работает по одному и тому же принципу.

Теперь рассмотрим упрощенную конструкцию трехфазного трансформатора .

Трехфазный трансформатор

• Каркас трансформатора выполнен из ламинированных металлических листов, которые используются для переноса магнитного потока. На схеме видно, что скелет окрашен в серый цвет. Каркас имеет три столбца, на которые намотаны обмотки трех фаз.
• Обмотка более низкого напряжения наматывается первой и наматывается ближе к сердечнику, а обмотка более высокого напряжения наматывается поверх обмотки более низкого напряжения. Помните, обе обмотки разделены изоляционным слоем.
• Здесь каждый столбец представляет одну фазу, поэтому для трех столбцов мы имеем трехфазную обмотку.
• Вся эта установка каркаса и обмотки погружена в герметичный бак, наполненный индустриальным маслом для лучшей теплопроводности и изоляции.
• После намотки концевые выводы всех шести катушек были выведены из герметизированного бака через высоковольтный изолятор.
• Клеммы закреплены на достаточном расстоянии друг от друга во избежание скачков искры.

Особенности силового трансформатора

Номинальная мощность	3 МВА до 200 МВА
Первичное напряжение обычно	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 кВ
Вторичное напряжение обычно	3,3, 6,6, 11, 33, 66, 132 кВ или спецификация заказчика
Фазы	Однофазные или трехфазные трансформаторы
Номинальная частота	50 или 60 Гц
Нарезание резьбы	Устройство РПН под нагрузкой или без нагрузки
Повышение температуры	60/65C или индивидуальная спецификация
Тип охлаждения	ONAN (масло естественное воздушное естественное) или другие типы охлаждения, такие как KNAN (макс. 33 кВ) по запросу
Радиаторы	Панели радиатора охлаждения на баке
Группы векторов	Dyn11 или любая другая группа векторов согласно IEC 60076
Регулировка напряжения	Через устройство РПН (с реле AVR в стандартной комплектации)
Клеммы ВН и НН	Воздушная кабельная коробка (макс. 33 кВ) или открытые вводы
Установки	В помещении или на открытом воздухе
Уровень звука	Согласно ENATS 35 или NEMA TR1

Применение передачи энергии

• Силовой трансформатор в основном используется в производстве электроэнергии и на распределительных станциях.