Трансформатори і автотрансформатори - все про енергетику

Трансформатори і автотрансформатори

Трансформатором називається електромагнітний пристрій, призначений для перетворення напруги і струму одних параметрів в напругу і струм інших параметрів.

Трансформатори бувають двох-, трьох- і багатообмоточні, в яких сооответственно дві, три або більше обмотки. Всі обмотки в трансформаторі гальванически не пов'язані (виняток - автотрансформатор). Термін "гальванічно не зв'язані" означає, що у цих обмоток немає загального контуру протікання струму, а енергія з первинної ланцюга у вторинну передається за допомогою магнітного поля.

Автотрансформатором (АТ) називається трансформатор, дві або більше обмотки якого гальванічно пов'язані (тобто мають спільну частину). На відміну від звичайного трансформатора в автотрансформаторі завжди мінімум три обмотки. При цьому вторинна обмотка АТ є частиною первинної. Передача енергії з первинного кола автотрансформатора у вторинну відбувається одночасно магнітним полем і електричним струмом, а в третинну ланцюг АТ - тільки магнітним полем.

Автотрансформатор економічно більш вигідний в порівнянні зі звичайним трансформатором за рахунок економії активних матеріалів і менших розмірів. Досягається така економія наступним чином: в автотрансформаторі частина первинної обмотки використовується як вторинна, що знижує в останній напруга U2 і відповідно струм I2. Це дозволяє використовувати у вторинній обмотці провідник меншого перетину, а первинна обмотка, яка виконується на високу напругу U1 виходить зменшеною до загальної обмотки АТ.

У двообмоткових трансформаторі розрізняють обмотку високої напруги - ВН і низької напруги - НН. У трьохобмоткову трансформаторі (автотрансформаторі) крім обмотки ВН і НН розрізняють обмотку середньої напруги - СН. До трансформаторів з 4-ма і більше обмотками поняття ВН, СН, НН не застосовується (виняток - розщеплення обмоток), а замість цього в назві обмотки вказується її номер: вторинна, третинна і четвертинна обмотки. При цьому первинної вважається обмотка з найбільшою напругою, вторинної - з другим по велічену, третинної - третім і так далі. Терміни первинна, вторинна обмотки по відношенню до двообмоткових трансформатору мають інше значення - первинної називається та обмотка, до якої підводиться електрична енергія, а вторинної - від якої ця енергія відводиться.

Кожен трансформатор має наступний набір параметрів:

• Номінальна потужність Sном;
• Номінальна напруга трансформатора Uном і його обмоток: Uвн. Uнн (для триобмоткового трансформатора - Uсн);
• Номінальний струм Iном;
• Група з'єднання обмоток трансформатора;
• Напруга короткого замикання Uкз;
• Струм холостого ходу IХХ;
• Втрати короткого замикання Pкз;
• Втрати холостого ходу Qхх.

Номінальної мощностьюSном в трьох- і багатообмотувальних трансформаторі називається найбільша з потужностей його обмоток, а в двообмоткових - потужність кожної з його обмоток (обмотки двохобмотувальні трансформатора виконуються однакової потужності).

Номінальною напругою трансформатора Uном називається найбільше номінальну напругу його обмоток. За номінальну напругу обмотки приймається напруга між відповідними зажимами, пов'язаними з цією обмоткою при холостому ході трансформатора.

Номінальним струмом трансформатора Iном називається величина струму, що протікає по його первинній обмотці під напругою Uном і навантаженні Sном.

Напругою короткого замиканіяUкз називається величина напруги, яке, при замкнутої накоротко вторинній обмотці, необхідно прикласти до первинної обмотці трансформатора, щоб по ній протікав струм Iном. Напруга короткого замикання зазвичай виражається у відсотках. Фізично, Uкз є реактивний опір трансформатора, виражене в відносних одиницях (в.о.).

Струмом холостого ходаIхх називається величина струму що протікає по первинній обмотці трансформатора під напругою Uном і розімкнутої вторинної обмотці. IХХ виражається у відсотках від номінального струму трансформатора. Фізично струм холостого ходу являє собою повний опір трансформатора в в.о.

Втратами короткого замикання трансформатора Pкз називається величина активної потужності, яка розсіюється в трансформаторі при замкнутої накоротко вторинній обмотці і струмі Iном в первинній. Pкз виражається в кВт (кіловат).

Втратами холостого ходаQхх називається величина реактивної потужності, що розсіюється трансформатором в досвіді холостого ходу. Qхх виражається в квар (кВАр).

Трансформатори розрізняють на:

• Силові трансформатори;
• Вимірювальні трансформатори;
• Трансформатори частоти;
• Вольтододаткові трансформатри.

Завдання силових трансформаторів - харчування мереж і приймачів електроенергії. Силові трансформатори бувають:

• Силові трансформатори загального призначення;
• Силові трансформатори спеціального призначення.

Трансформатори загального назаченія включається в мережі, що не відрізняються особливими умовами роботи, а також служать для живлення електроприймачів, які не вирізняються характером навантаження або режимом роботи. Трансформатори спеціального призначення застосовуються для харчування мереж і приймачів електроенергії, якщо такі працюють в особливих услових або мають специфічний характер навантаження або режим роботи (наприклад випрямні установки, рудничні і шахтні мережі).

Основна функція вимірювальних трансформаторів - перетворювати величину напруги або струму до значень, зручних для приладів і автоматики. Друга сторона використання вимірювальних трансформаторів в якості проміжної ланки при вимірах - наявність гальванічної розв'язки. При наявності гальванічної розв'язки вимірювальний прилад виявляється ізольованим від високовольтної (потужнострумової) ланцюга, що підвищує безпеку роботи з ним. Вимірювальні трансформатори діляться на:

• Трансформатори струму (ТТ);
• Трансформатори напруги (ТН).

Номінальний струм первинної обмотки трансформатора струму може досягати 40 кА, при цьому вторинна обмотка виконується на номінальний струм 1 або 5 А.

Трансформатори струму по струмового похибки розділені на п'ять класів точності: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Величина похибки визначається за формулою:

Трансформатори струму по конструкції діляться на:

• Одновиткового ТТ;
• Багатовиткові ТТ.

За кількістю фаз ТТ діляться на:

Трансформатор напруги (ТН) виготовляється на номінальну напругу вторинної обмотки 100 В. Номінальна напруга первинної обмотки ТН може досягати 110 кВ. При вимірі напруги в мережах вище 110 кВ застосовуються ємкісні подільники напруги.

Трансформатори напруги виконуються:

По виду ізоляції ТН діляться на:

Трансформатори частоти дозволяють подвоїти або потроїти частоту мережі.

Вольтододаткові трансформатори призначені для підвищення напруги в окремих точках електричних мереж.

Для захисту трансформатора від ушкоджень предустатрівается його релейний захист. На трансформатор можуть бути встановлені наступні види захистів:

• Струмовий відсічення;
• Максимальний струмовий захист;
• Струмовий захист нульової послідовності;
• Діффіренціальная захист;
• Діффіренціально - фазна захист;
• Газовий захист.