Силовой трансформатор

Для того, чтобы современный человек имел возможность жить с комфортом на больших реках стоят гидроэлектростанции, в удалении от больших городов построены атомные электростанции, рядом с жильём возведены тепловые электростанции. Все они производят электроэнергию, но ток необходимо сначала донести до потребителя. А для этого был придуман максимально экономичный способ транспортировки на большие расстояния, заключающийся в первоначальном повышении напряжения до сотен киловольт, передачи его до расположения электроустановок и последующего понижения напряжения до уровней, приемлемых для использования.

На последнем этапе значимыми являются комплектные трансформаторные подстанции, называемые ещё цеховыми на производстве и городскими – в коммунальной энергетике. Именно они снижают напряжение с 6000 или 10000 вольт до привычного для нас уровня в 220 вольт. Основной частью таких подстанций является силовой трансформатор. Это стационарный агрегат, который на основе принципов электромагнитной индукции трансформирует один вид переменного тока и напряжения в другой (обычно, более низкий) с сохранением рабочей частоты и мощности. Как правило, мощность самих силовых трансформаторов составляет от 630 до 4000 кВА.

Силовой трансформатор состоит из двух или более обмоток, которые находятся на сердечнике (магнитопроводе) из специальной (для улучшения магнитопроницаемости) холоднокатаной электротехнической стали. Обмотки, чаще всего, делаются из алюминия и отличаются друг от друга количеством витков (на «высокой» стороне больше, на «низкой» - меньше) и площадью сечения (тут наоборот: обмотки высокой стороны имеют меньшее сечение проводника). Для лучшего использования пространства в окнах сердечника, проводники имеют квадратную форму. Называемые также жилами, они могут подразделяться на два или больше параллельных проводника с целью уменьшить вихревые токи и, соответственно, потери электроэнергии в трансформаторе.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют по три фазовые составляющие. Между собой они могут соединяться тремя разными способами:
- соединение «звездой» или Y-соединение. В нём все три обмотки соединяются своими окончаниями в одной точке нейтрали;
- соединение «треугольником» или Δ-соединение (дельта-соединение). Все три фазные обмотки соединяются последовательно, образуя кольцо или треугольник;
- соединение «зигзаг» или Z-соединение.

Выбор способа соединения обусловлен требуемыми параметрами силового трансформатора. Так, соединение звездой применяется чаще всего на высокой стороне, тогда нейтральная точка служит для заземления. В этом случае низкая сторона трансформатора должна быть соединена треугольником, так как при низком напряжении сила тока очень велика. Огромные токи сопровождаются выделением тепла, поэтому трансформатор помещают в сварной бак, заполненный специальным маслом, и радиаторами, которые и охлаждают обмотки. Силовые трансформаторы с сухими обмотками изготавливают только не очень большой мощности.

Кроме того, что бак является резервуаром для трансформаторного масла, он ещё служит конструкцией, на которой крепятся аппаратура управления и вспомогательные устройства. Перед закачкой масла из бака удаляют весь воздух, который может уменьшить сопротивление изоляции обмоток, снизив тем самым диэлектрическую прочность трансформатора. Конструкция бака предусматривает возможное расширение масла от увеличения его температуры. Обычно для этого монтируют расширительный бачок, в который переходит излишек нагретого масла.

Помимо масляных силовых трансформаторов, бывают сухие трансформаторы, основным отличием которых как понятно из названия, является отсутствие масла в магнитной системе и обмотках.

Важнейшей частью силового трансформатора является приспособление для регулировки коэффициента трансформации. Как правило, это связано с изменением числа витков (отключения или добавления). На трансформаторе также находится разнообразное навесное оборудование:
- газовое реле. Устанавливается в трубке между баком и расширителем. Служит для подачи звукового сигнала при повышении температуры и отключения трансформатора при коротком замыкании.
- термометр. Указывает температуру масла в баке.
- трансформаторы тока. Встраиваются в трансформатор на низковольтных шинах. Это позволяет обойтись без установки внешних приборов.
- указатель уровня масла. Показывает уровень масла в расширителе. Представляет собой стеклянную трубку или прибор с циферблатом.
- устройство снятия давления. Сброс сверхвысокого давления в баке производится специальным клапаном.
- защита от перенапряжений. В трансформаторах на 6/10 кВ в этих целях чаще всего применяют плавкие предохранители.
- детектор воспламеняемых газов и расходомер масла также являются вспомогательным оборудованием силового трансформатора.