Транспортировка электрической энергии на большие расстояния неизбежно приводит к определенным потерям. Для того чтобы снизить потери, в системе передачи применяется свойство трансформации. С этой целью электрический ток проходит через трансформаторную подстанцию, с помощью которой осуществляется повышение амплитуды напряжения, подаваемого в ЛЭП для дальнейшей транспортировки.
Конечная точка ЛЭП подключается к вводу удаленной подстанции. Здесь выполняется снижение напряжения, после чего электричество распределяется среди потребителей. На обеих подстанциях установлены силовые трансформаторы, устройство и принцип действия которых позволяет преобразовывать электроэнергию большой мощности. Они отличаются особенностями устройства и техническими характеристиками.
Основные детали и системы силового трансформатора
Металлический корпус предназначен для размещения внутри него электрического оборудования трансформатора. Он представляет собой герметичный бак с крышкой, заполненный трансформаторным маслом. Такой сорт масла имеет высокие диэлектрические качества, с его помощью отводится тепло от деталей, подверженных значительным токовым нагрузкам.
Охлаждение трансформатора осуществляется с помощью гидравлической системы. Залив и слив масла производится с использованием задвижек и вкручивающихся пробок. Отбор масла для химического анализа производится через запорный вентиль, расположенный в нижней части бака.
Циркуляция масла в силовом трансформаторе происходит по двум контурам – внешнему и внутреннему. В состав внешнего контура входит радиатор, состоящий из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных между собой металлическими трубками. Нагретое масло проходит через магистрали охладителя, остывает и вновь поступает в бак. Внутри бака масло может циркулировать естественным путем или принудительно под действием давления, создаваемого насосами. Теплообмен значительно улучшается за счет специальных гофр, устанавливаемых на поверхности бака.
Важнейшим элементом силового трансформатора является его электрическая схема. Все ее элементы размещаются внутри корпуса. Верхняя и нижняя балки составляют остов, на котором крепятся все остальные детали. В состав схемы входит магнитопровод, обмотки высокого и низкого напряжения, высоковольтные и низковольтные отводы, регулировочные ответвления обмоток. В нижней части располагаются вводы высокого и низкого напряжения.
Принцип действия и режимы работы
Силовые трансформаторы действуют по такому же принципу, как и обычные трансформаторные устройства. Во входную обмотку поступает электрический ток, колебания которого изменяются по времени. Это приводит к наведению в магнитопроводе изменяющегося магнитного поля. Далее изменяющийся магнитный поток проходит через витки второй обмотки, после чего в ней возникает электродвижущая сила.
Во время проверок и в процессе эксплуатации работа трансформатора может происходить в различных режимах:
- Рабочий режим. В этом случае источник напряжения подключается к первичной обмотке, а нагрузка – к вторичной. Величина тока в каждой обмотке должна быть не более допустимого расчетного значения. В данном режиме обеспечивается устойчивое и надежное питание потребителей в течение длительного времени. В рабочем режиме может создаваться холостой ход и короткое замыкание с целью проверки характеристик трансформаторного устройства.
- Холостой ход. Создается путем размыкания вторичной цепи, чтобы исключить протекание по ней тока. Данный режим позволяет определить коэффициент полезного действия, коэффициент трансформации, потери в стальных деталях, затраченные для намагничивания сердечника.
- Режим короткого замыкания. В этом случае накоротко шунтируются выводы вторичной обмотки. На входе трансформатора напряжение оказывается заниженным до значения, при котором создается вторичный номинальный ток с постоянным значением. Данный способ позволяет установить потери в меди.
- Аварийный режим. К нему относятся любые нарушения работы трансформатора, вызывающие отклонение рабочих показателей за пределы допустимого значения. Особую опасность представляет короткое замыкание, возникающее внутри обмоток. Для предотвращения последствий аварийного режима в силовых трансформаторах устанавливаются автоматические средства защиты и сигнализации. Они поддерживают нормальную работу первичной схемы и полностью отключают ее в случае неисправностей и аварийных ситуаций.
Сферы применения силовых трансформаторов
Силовым трансформатором является аппарат электрический, главная функция которого – это преобразование электричества из энергии одного значения напряжения в энергию, которая имеет другое назначение. Такие трансформаторы делятся на несколько групп:
- исходя их количества фаз, они бывают трехфазные и однофазные;
- они имеют разное количество обмоток и бывают трехобмоточные и двухобмоточные;
- в зависимости от того, в каком месте их устанавливают, они бывают наружной установки и внутренней;
- различные они и по назначению. Одни понижающие, а другие повышающие.
Стоит отметить, что это еще не все разграничения. Силовые трансформаторы отличаются в зависимости от способа охлаждения и исходя из группы обмотки.
Любой трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции. При обмотке трансформатора подключается источник переменного тока, именно по этой обмотке и протекает переменный ток, он и создает в магнитопроводе устройства переменный магнитный поток. При замыкании в магнитопроводе этот поток индуктируется силу, которая называется электродвижущей. При чем, происходит это в другой обмотке. Это говорит о том, что все обмотки устройства связаны между собой связью, называемой магнитной.
Такие трансформаторы стали просто незаменимы во многих сферах. Таковой сферой, в первую очередь, являются промышленные предприятия, а также линии электропередачи железнодорожных путей. Словом, урбанистический пейзаж каждого города обязательно дополняется силовыми трансформаторами.
Такие трансформаторы создаются для того, чтобы передавать и распределять энергию электричества. Для этого строят подстанции, которые и распределяют энергию между домами, фабриками, заводами.
Существуют преобразовательные трансформаторы, которые применяются для того, чтобы обеспечивать нужную схему включения вентилей в устройствах преобразовательных. Кроме того, они согласовывать напряжение на входе и выходе этого устройства.
Для технологических целей также применяют такие силовые устройства. Так, их используют при сварке или в качестве питания электротермических установок.
Они необходимы также для того, чтобы включать электроизмерительные приборы и некоторые аппараты. Это нужно для того, чтобы расширить пределы измерения в электромагнитных цепях и обеспечить при этом электробезопасность.
Кроме того, и для телевизионной и радио аппаратуры тоже используют силовые трансформаторы в качестве питания. Благодаря этому устройству удается согласовать напряжение, разделить электрические цепи при необходимости.
Стоит отметить еще один важный вид трансформаторов – это сухие. Они созданы для того, чтобы работать в помещениях, которые имеют умеренный климат, при этом, температура может быть от плюс сорока градусов до минус сорока пяти градусов, а влажность воздуха 75 процентов даже при пятнадцати градусов. Устанавливать такие трансформаторы нужно не более тысячи метров над уровнем моря.
- Трансформаторы ТСЗГЛ отличаются тем, что они без кожуха, у них есть выводы ВН и НН, для того, чтобы была возможность подключать гибкими шинами или кабелем.
- ТСЗГЛ имеют вывод ВН внутри кожуха, а вот выводы НН либо выводятся на крышу трансформатора, либо находятся внутри кожуха для того, чтобы подсоединяться кабелем.
- ТСЗГЛ и ТСЗГЛФ создаются с выводами вида НН, они обычно располагаются сбоку кожуха. При этом, у ТСЗГЛ выводы ВН с помощью кабеля подсоединены внутри кожуха. А вот у ТСЗГЛФ выводятся на фланец для того, чтобы их подсоединять шинами.
Для таких трансформаторов обычно используют специальные обмотки для изоляции, которые имеют кварцевый наполнитель и стеклоткань. Это говорит о том, что исключена возможность возникновения трещин, даже если трансформатор будет перегружен.
Для того, чтобы преобразовывать электроэнергию в сетях энергосистем, для того, чтобы блокировать железные дорогие, питание потребителей электроэнергии, для того, чтобы питать аппаратуры сигнализации существуют однофазные трансформаторы ОМ, ОМП, ОМГ.
Важно сказать также об энергосберегающих трансформаторах ТМГ 12. Это масляное устройство, которое создано для того, чтобы преобразовывать энергию в сетях различных систем энергии, как при наружной, так и при внутренней установке. При чем, используются они при температурах, которые колеблются от минус сорока пяти до сорока градусов. В связи с тем, что энергоресурсы постоянно дорожают, целесообразно экономить энергию. А это значит, что такой энегросберегающий трансформатор придется очень кстати. Еще один масляный трансформатор – ТМГ 21. Благодаря ему удается создать конструкцию, при которой удары токов и короткие замыкания сводятся к минимуму. Это плотная конструкция, которая имеет повышенную стойкость к радиальным усилиям.
Силовые трансформаторы
Остались вопросы? Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы: 8-800-700-11-54
(8-18, Пн-Вт)
Защита силовых трансформаторов
В первую очередь необходимо постоянно контролировать уровень масла, циркулирующего внутри бака. На его температуру оказывает влияние целый комплекс различных факторов. В связи с этим происходит постоянное изменение объема и главной задачей становится поддержание уровня масла в установленных границах. Важную роль в этом играет использование расширительного бачка, компенсирующего все объемные отклонения. Кроме того, он позволяет вести наблюдения за текущим уровнем масла.
Данные о состоянии уровня снимаются с помощью маслоуказателя, подключаемого параллельно с расширительным бачком.
Силовые трансформаторы должны быть защищены от проникновения влаги, поскольку расширительный бак своей верхней частью плотно контактирует с окружающей средой. С этой целью устанавливается осушитель воздуха, создающий препятствия попаданию влаги в масло, что существенно снижает его диэлектрические свойства.
Важной составляющей масляной системы считается газовое реле, защищающее трансформатор от внутренних повреждений. Оно монтируется внутри трубопровода, который соединяет между собой основной и расширительный баки. Во время нагрева масло и органическая изоляция выделяют газы, попадающие в емкость газового реле, содержащую внутри чувствительный элемент.
В некоторых случаях может возникнуть аварийное повышение давления внутри бака. В целях защиты на крышке трансформатора выполняется монтаж выхлопной трубы. Ее нижний конец должен сообщаться с емкостью бака, а масло – поступать внутрь до необходимого уровня в расширителе. Над расширителем возвышается верхняя часть трубы, которая отводится в сторону и незначительно загибается вниз. Ее конец герметично закрывает стеклянная предохранительная мембрана, разрушающаяся в случае аварийного повышения давления.
Силовые трансформаторы, имеющие обмотку высокого напряжения свыше 1000 В, оборудуются релейной защитой от основных повреждений и неисправностей. Непосредственными защитными устройствами являются вторичные реле прямого или косвенного действия. Их подключение осуществляется не напрямую, а через измерительные трансформаторы напряжения и тока.
Монтаж и дальнейшая эксплуатация силовых трансформаторов
Большинство конструкций силовых трансформаторов обладают значительным весом. Поэтому для их транспортировки к месту монтажа используется специальный транспорт. Оборудование поставляется полностью собранным и готовым к подключению.
Монтаж силового трансформатора выполняется на заранее подготовленном фундаменте или в специальном помещении. Во избежание воздушных мешков под крышкой бака в процессе установки, под катки со стороны расширителя подкладываются стальные пластинки. Их толщина должна обеспечивать подъем 1% с узкой и 1,5% с широкой стороны трансформатора. Длина прокладок составляет не менее 150 мм. При массе устройства до 2 тонн установка выполняется непосредственно на фундамент. Корпус в обязательном порядке соединяется с системой заземления.
Перед началом установки силовые трансформаторы проходят испытания в лабораторных условиях. В это время измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество соединений, изоляции, а также соответствие трансформаторного масла.
Устройство и принцип действия
Чтобы понять, как работает такой прибор необходимо изучить его комплектацию. В устройство силового трансформатора включены как основные части, так и дополнительные детали.
Устройство трансформатора
К первым относятся:
- Магнитопровод;
- 2 или 3 обмотки;
- Расширитель;
- Корпус;
- Входы;
- Изоляционные элементы.
Магнитопровод представлен как система, выполненная из электромеханической стали. Эта часть устройства силового трансформатора служит основой для крепления различных деталей. Обмотки – это часть электроцепи. Они изготавливаются из провода и изоляции. Кабель может быть медном или алюминиевым. В конструктивном плане обмотки – это последовательные катушки. Их фазы допускается соединять двумя способами:
- в виде треугольника;
- звездой.
Магнитопровод с обмотками находится в баке с минеральным маслом. Эта конструкция называется силовым трансформатором. Она может оснащаться радиатором, предназначенным для отвода тепла. Некоторые модели таких устройств имеют в своей конструкции также защитные системы. Обычно оборудование этого класса устанавливаются на улице.
Принцип действия силового трансформатора базируется на физическом законе электромагнитной индукции. Он заключается в следующем. Подсоединение обмотки устройства к электросети приводит к образованию магнитного потока. Он индуцирует ЭДС в другой обмотке прибора. Такой принцип работы объясняется наличием магнитной связи в приборе.
