Силовые трансформаторы предназначаются для передачи электричества на большие расстояния. Для этого используется принцип электромагнитной индукции, с помощью которого происходит преобразование отдельных характеристик переменного тока и амплитуды напряжения. При этом сохраняется частотная величина, а мощность передается с минимальным количеством потерь. На сегодняшний день силовые трансформаторы являются одним из самых распространенных типов преобразователей напряжения, которые обеспечивают прием, обработку и распределение электроэнергии. Без них не обходится ни одна отрасль современной промышленности и сельского хозяйства, где используются различные модификации подстанций для электроснабжения.
Классификация силовых трансформаторов
Существует несколько основных критериев, по которым проводится классификация силовых трансформаторов. Чаще всего их разделяют на условные группы в зависимости от мощности и напряжения:
1-я группа (силовые трансформаторы с мощностью до 100 кВА);
2-я группа (диапазон мощности составляет от 160 до 630 кВА);
3-я группа (диапазон мощности находится в пределах от 1 000 до 6 300 кВА);
4-я группа (мощность таких трансформаторов превышает 10 000 кВА);
5-я группа (силовые трансформаторы с мощностью от 40 000 кВА);
6-я группа (расчетная мощность начинается от 100 000 кВА).
Помимо этого, силовые трансформаторы по назначению делятся на повышающие или понижающие. По типу исполнения различают сухие и масляные, а также трансформаторы с жидким негорючим диэлектриком. По количеству фаз трансформаторы бывают одно- и трехфазные. На электроподстанциях чаще всего используют трехфазные трансформаторы. Также существуют наружные и внутренние трансформаторы, которые отличаются методом монтажа.
Конструктивные особенности силовых трансформаторов
Сердечник, выполненный из ферромагнитного материала с несколькими обмотками, составляет основу силового трансформатора. Листы в сердечнике собираются так, чтобы стержни для обмотки в сечении имели форму, которая похожа на круг. Это делается для того, чтобы облегчить намотку провода и повысить коэффициент полезного действия трансформатора. Как правило, для обмотки используются медный провод круглого или прямоугольного сечения. Между обмоткой оставляются пустоты, которые обеспечивают естественную циркуляцию охладителя.
Для подвода питающего напряжения и подключения нагрузки к трансформатору применяются специальные устройства, которые называются «силовые вводы». В сухих трансформаторах вводы чаще всего выводят на клеммную колодку в виде болтовых контактов или соединителей с плоскими контактами. В масляных трансформаторах эти вводы крепятся снаружи корпуса или на боковых стенках бака. Передача напряжения в этом случае происходит через гибкие соединения на медные или латунные шпильки с нарезанной на них резьбой. Изолирование осуществляется при помощи проходных изоляторов, которые изготавливаются из специальных материалов.
Виды силовых вводов с различными типами изоляции:
фарфоровые;
маслобарьерные;
полимерные;
элегазовые;
бумажно-масляные;
конденсаторные проходные.
Охладители силового трансформатора
Так как через силовой трансформатор проходит достаточно большое количество электрической энергии, то это приводит к нагреву магнитопровода и обмоток. Высокая температура значительно снижает срок изоляции обмоток, поэтому трансформатор нуждается в установке системы принудительного охлаждения. Для этого применяются следующие устройства:
Радиаторы, которые фиксируются с помощью навесного крепежа. Охлаждающее вещество циркулирует по системе с помощью насосов, обеспечивая своевременный отвод избытков тепловой энергии.
Гофрированный бак, обеспечивающий охлаждение установок с небольшой мощностью. Его конструкция совмещает радиатор и емкость для масла, исключая его контакт с окружающей средой.
Принудительная вентиляция навесными вентиляторами. В этом случае поток воздуха направляется в основание кожуха, обрамляющего трансформатор, охлаждая катушки и каналы сердечника, повышая производительность системы до 20-25 %.
Масляно-водяные охладители, которые применяются для мощных трансформаторов. Системы охлаждения состоит из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками находится масло. Благодаря этому происходит теплообмен между маслом и водой.
Циркуляционные насосы, позволяющие поддерживать комфортную температуру. Устройство обеспечивает регулярное перемещение горячего масла в нижний контур, заменяя его холодным.
Регулировка напряжения в силовых трансформаторах
Для изменения сетевого напряжения силовые трансформаторы оснащаются специальными устройствами. Они уменьшают или увеличивают количество витков в обмотке. Корректировка выполняется либо с помощью переключателя, когда трансформатор находится под нагрузкой, либо путём выбора положения болтового соединения, когда напряжение полностью отсутствует. Системы переключения витков в обмотках подбираются в соответствии с размерами трансформатора и условиями его эксплуатации.
Принятая маркировка
Система обозначения силовых трансформаторов предполагает наличие условных обозначений:
А – автотрансформатор,
Э – электропечной,
О – однофазный трансформатор,
Т – трехфазный трансформатор.
Кроме того в маркировке указывается тип охлаждения. У трансформаторов сухого типа: С – воздушное естественного типа открытого исполнения; СЗ – воздушное естественного типа в защищенном исполнении; СГ – естественное воздушное в защищенном исполнении; СД – воздушное охлаждение с дутьем. У масляных трансформаторов: М – масляное естественного типа; МЗ – масляное естественного типа с защитой в виде азотной подушки (без расширителя); Д – масляное охлаждение с использованием естественной циркуляции; ДЦ – охлаждение масляного типа с дутьем и принудительной циркуляцией; Ц – охлаждение масляно-водяного типа с принудительной циркуляцией.
Дополнительное оборудование к силовым трансформаторам
В последнее время силовые трансформаторы оснащаются дополнительным оборудованием, которое выполняет различные функции. Это могут быть:
реле для защиты от образования газа, если нарушена система охлаждения или имеются повреждения различного типа в масляной системе трансформатора;
индикаторы температуры, которые при помощи термопары регулярно проводят замеры масла и фиксируют тепловое состояние изоляционной обмотки;
поглотители влаги, препятствующие попаданию водяного конденсата и продуктов старения масел непосредственно в конструкцию маслонаполненной емкости;
система защиты от повышения давления внутри емкости, которая имеет клапан сброса избыточного давления, срабатывающий при превышении установленного предела;
индикатор уровня масла, оперативно подающий специальный сигнал в том случае, если в расширительном баке трансформаторов происходит изменение объема масла.