Čo je silový transformátor a ako funguje?

V niektorých našich predchádzajúcich článkoch sme diskutovali o základoch transformátora a jeho rôznych typoch. Jedným z dôležitých a bežne používaných transformátorov je silový transformátor. Je veľmi často používaný na zvyšovanie a znižovanie napätia na stanici na výrobu elektrickej energie a rozvodnej stanici (alebo rozvodni).

Zvážte napríklad blokovú schému zobrazenú vyššie. Tu sa transformátor napájania použije dvakrát, pričom dodáva elektrickú energiu spotrebiteľovi, ktorý je ďaleko od výrobnej stanice.

Prvýkrát je to v elektrárni na zvýšenie napätia generovaného veterným generátorom.
Druhý je v distribučnej stanici (alebo rozvodni) na zníženie napätia prijatého na konci prenosového vedenia.

Strata výkonu v prenosových linkách

Existuje veľa dôvodov na použitie silového transformátora v elektrických energetických systémoch. Ale jedným z najdôležitejších a najjednoduchších dôvodov pre použitie výkonového transformátora je zníženie energetických strát počas prenosu elektrickej energie.

Teraz sa pozrime, ako sa straty výkonu výrazne znižujú použitím výkonového transformátora:

Najprv rovnica straty energie P = I * I * R.

Tu I = prúd cez vodič a R = odpor vodiča.

Strata výkonu je teda priamo úmerná druhej mocnine prúdu pretekajúceho vodičom alebo prenosovým vedením. Čím nižšia je veľkosť prúdu prechádzajúceho vodičom, tým menšie sú straty energie.

Ako budeme využívať túto teóriu, je vysvetlené nižšie:

Povedzte počiatočné napätie = 100 V a odbery energie = 5 A a dodávaný výkon = 500 wattov. Potom tu musia prenosové vedenia prenášať prúd veľkosti 5A zo zdroja do záťaže. Ak ale v počiatočnom štádiu zvýšime napätie na 1 000 V, potom musia prenosové vedenia prenášať iba 0,5 A, aby poskytli rovnaký výkon 500 W.
Takže zvýšime napätie na začiatku prenosového vedenia pomocou výkonového transformátora a pomocou iného výkonového transformátora znížime napätie na konci prenosového vedenia.
S týmto nastavením sa veľkosť toku prúdu cez prenosové vedenie 100 + Kilometer výrazne zníži, čím sa zníži strata výkonu počas prenosu.

Rozdiel medzi výkonovým transformátorom a distribučným transformátorom

Výkonový transformátor je zvyčajne prevádzkovaný pri plnom zaťažení, pretože je navrhnutý tak, aby mal vysokú účinnosť pri 100% zaťažení. Na druhej strane má distribučný transformátor vysokú účinnosť, keď zaťaženie zostáva medzi 50% a 70%. Distribučné transformátory teda nie sú vhodné na nepretržitú prevádzku pri 100% zaťažení.
Pretože silový transformátor vedie počas zvyšovania a znižovania napätia k vysokému napätiu, vinutia majú v porovnaní s distribučnými transformátormi a prístrojovými transformátormi vysokú izoláciu.
Pretože používajú vysokoúrovňovú izoláciu, sú veľmi objemné a navyše veľmi ťažké.
Pretože silové transformátory zvyčajne nie sú pripojené priamo k domovu, zažívajú menšie výkyvy zaťaženia, zatiaľ čo na druhej strane majú distribučné transformátory veľké výkyvy záťaže.
Tieto sú plne nabité na 24 hodín denne, takže straty medi a železa prebiehajú po celý deň a po celý čas zostávajú takmer rovnaké.
Hustota toku v silovom transformátore je vyššia ako v distribučnom transformátore.

Princíp fungovania výkonového transformátora

Výkonový transformátor pracuje na princípe „Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie“. Je to základný zákon elektromagnetizmu, ktorý vysvetľuje princíp práce induktorov, motorov, generátorov a elektrických transformátorov.

Zákon hovorí: „ Keď sa uzavretý obvod alebo skratovaný vodič priblíži k meniacemu sa magnetickému poľu, potom sa v tomto obvode vytvorí prúdový prúd“ .

Aby sme zákonu lepšie porozumeli, rozoberme ho podrobnejšie. Najprv zvážime scenár uvedený nižšie.

Zvážte permanentný magnet a najskôr sa k sebe priblíži vodič.

Potom je vodič na oboch koncoch skratovaný pomocou drôtu, ako je znázornené na obrázku.
V takom prípade nebude vo vodiči alebo v slučke prúdiť žiadny prúd, pretože magnetické pole, ktoré slučku prerušuje, je stacionárne a ako je uvedené v zákone, iba premenlivé alebo meniace sa magnetické pole môže vynútiť prúd v slučke.
Takže v prvom prípade stacionárneho magnetického poľa bude v vodičovej slučke nulový prietok.

potom sa magnetické pole prerezávajúce slučku stále mení. Pretože v tomto prípade je prítomné premenlivé magnetické pole, začnú hrať Faradayove zákony, a tým môžeme vidieť prúdový prúd vo vodičovej slučke.

Ako vidíte na obrázku, po pohybe magnetu tam a späť uvidíme prúd „I“ pretekajúci vodičom a uzavretou slučkou.

nahradiť ho inými zdrojmi meniaceho sa magnetického poľa, ako je uvedené nižšie.

Teraz sa na generovanie meniaceho sa magnetického poľa používa zdroj striedavého napätia a vodič.
Potom, čo sa vodičová slučka priblížila k rozsahu magnetického poľa, môžeme vidieť EMF generovaný cez vodič. Kvôli tomuto indukovanému EMF budeme mať prúdový prúd „I“.
Veľkosť indukovaného napätia je úmerná intenzite poľa, ktorú zažíva druhá slučka, takže čím vyššia je sila magnetického poľa, tým vyšší je tok prúdu v uzavretej slučke.

Aj keď je možné použiť jediný vodič nastavený na pochopenie Faradayovho zákona. Ale pre lepší praktický výkon sa uprednostňuje použitie cievky na oboch stranách.

Tu primárnou cievkou 1 preteká striedavý prúd, ktorý generuje meniace sa magnetické pole okolo cievok vodičov. A keď cievka 2 vstúpi do rozsahu magnetického poľa generovaného cievkou 1, potom sa na cievke 2 vytvorí EMF napätie kvôli Faradayovmu zákonu elektromagnetickej indukcie. A kvôli tomuto napätiu v cievke 2 preteká sekundárnym uzavretým obvodom prúd „I“.

Teraz si musíte uvedomiť, že obe cievky sú zavesené vo vzduchu, takže médiom vedenia použitým v magnetickom poli je vzduch. A vzduch má v prípade vedenia magnetického poľa vyšší odpor v porovnaní s kovmi, takže ak použijeme kovové alebo feritové jadro ako médium pre elektromagnetické pole, môžeme dôkladnejšie zažiť elektromagnetickú indukciu.

Pre lepšie porozumenie teda poďme vymeniť vzduchové médium za železné.

Ako je znázornené na obrázku, môžeme použiť železné alebo feritové jadro na zníženie strát magnetického toku počas prenosu energie z jednej cievky na druhú. Počas tejto doby bude magnetický tok unikajúci do atmosféry podstatne menší, ako čas, ktorý sme použili ako základnú vrstvu vzduchu, je veľmi dobrým vodičom magnetického poľa.

Akonáhle je pole generované cievkou 1, bude pretekať cez železné jadro a dostane sa k cievke 2 a z dôvodu dnešnej doby zákonná cievka 2 generuje EMF, ktorý bude čítaný galvanometrom pripojeným cez cievku2.

Teraz, ak budete pozorne sledovať, nájdete toto nastavenie podobné jednofázovému transformátoru. A áno, každý prítomný transformátor dnes funguje na rovnakom princípe.

Teraz sa pozrime na zjednodušenú konštrukciu trojfázového transformátora.

Trojfázový transformátor

Kostra transformátora je navrhnutá vytyčovaním laminovaných plechov, ktoré sa používajú na prenášanie magnetického toku. Na diagrame vidíte, že kostra je namaľovaná sivou farbou. Kostra má tri stĺpy, na ktorých sú navinuté vinutia troch fáz.
Vinutie nízkeho napätia je navinuté ako prvé a je navinuté bližšie k jadru, zatiaľ čo vinutie vyššieho napätia je navinuté na vrchole vinutia nízkeho napätia. Pamätajte, že obe vinutia sú oddelené izolačnou vrstvou.
Tu každý stĺpec predstavuje jednu fázu, takže pre tri stĺpce máme trojfázové vinutie.
Celá táto zostava kostry a vinutia je ponorená do zapečatenej nádrže naplnenej priemyselným olejom pre lepšiu tepelnú vodivosť a izoláciu.
Po navinutí boli koncové svorky všetkých šiestich cievok vyvedené z utesnenej nádrže cez VN izolátor.
Svorky sú upevnené v dostatočnej vzdialenosti od seba, aby sa zabránilo preskakovaniu iskier.

Vlastnosti výkonového transformátora

Menovitý výkon	3 MVA až 200 MVA
Primárne napätie zvyčajne	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
Spravidla sekundárne napätia	3,3, 6,6, 11, 33, 66, 132 kV alebo podľa špecifikácie
Fázy	Jedno alebo trojfázové transformátory
Menovitá frekvencia	50 alebo 60 Hz
Klepanie	Prepínače odbočiek pri zaťažení alebo pri zaťažení
Nárast teploty	60 / 65C alebo vlastná špecifikácia
Typ chladenia	ONAN (olej prírodný vzduch prírodný) alebo iné typy chladenia ako KNAN (max. 33 kV) na požiadanie
Radiátory	Chladiace panely namontované na nádrži
Vektorové skupiny	Dyn11 alebo akákoľvek iná vektorová skupina podľa IEC 60076
Regulácia napätia	Cez prepínač odbočiek pod zaťažením (štandardne s relé AVR)
Svorky VN a NN	Vzduchová káblová skrinka (max. 33 kV) alebo otvorené priechodky
Inštalácie	Vnútorné alebo vonkajšie
Hladina zvuku	Podľa ENATS 35 alebo NEMA TR1

Aplikácie prenosu energie

Silový transformátor sa používa hlavne na výrobu elektrickej energie a na distribučných staniciach.
Používa sa tiež v izolačných transformátoroch, uzemňovacích transformátoroch, šesťpulzových a dvanástich pulzných usmerňovacích transformátoroch, solárnych FV transformátoroch, veterných transformátoroch a v autotransformátorovom štartéri Korndörfer.
Používa sa na zníženie energetických strát pri prenose elektrickej energie.
Používa sa na zvyšovanie vysokého napätia a znižovanie vysokého napätia.
Uprednostňuje sa v prípadoch spotrebiteľov na veľké vzdialenosti.
A preferuje sa v prípadoch, keď záťaž beží na plnej kapacite 24x7.