Высоковольтные силовые трансформаторы, характеристики, конструкция, применение, как работает

Трансформатор – это электромагнитное статическое устройство с двумя (или более) обмотками, преобразующее электроэнергию напряжения переменного тока с одними характеристиками в электроэнергию с другими характеристиками (такими как напряжение, частота, форма напряжения, фазность). Преобразование электроэнергии в трансформаторах реализуется посредством переменного магнитного поля.

Наиболее распространенным и востребованным электротехническим устройством сегодня является силовые высоковольтные трансформаторы, напряжения, номинальные мощности которых варьируются очень в широких пределах от нескольких десятков киловатт до сотен мегаватт при напряжении от 6кВ до 1150 – 1500кВ.

Поскольку потери электроэнергии в электросетях пропорциональны квадрату тока, протекающего по воздушной линии, то для передачи электроэнергии выгодно использовать высокие напряжения и, соответственно, малые токи. Электроэнергия на электростанциях вырабатывается генераторными установками (турбо-, гидрогенераторами и пр.) на напряжении 16 – 24кВ, реже 35кВ. Поскольку этот уровень напряжения является довольно высоким для использования его в быту и на производстве, но и при этом является и недостаточно выгодным и обоснованным, для наиболее экономичной передачи электроэнергии на значительные расстояния.

Поэтому и используют повышающие трансформаторы, служащие для преобразования электроэнергии до уровней 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ, и понижающие трансформаторы, которые позволяют снизить напряжение до стандартных значений 10; 6; 3; 0,66; 0,38 и 0,22 кВ, предназначенных для использования в быту, сельском хозяйстве и промышленности. Помимо этого, выпуск приемников электроэнергии (вращающихся машин, осветительных приборов и пр.) с высокими номинальными напряжениями обуславливает значительные конструктивные сложности, требующие усиленной изоляции и, следовательно, повышенных материальных затрат. В связи с этим высокое номинальное напряжение не может быть напрямую использовано, питание осуществляется через понижающие трансформаторы.

Таким образом, электроэнергию, вырабатываемую электростанциями, на пути от генераторной установки до потребителей преобразуют по 3-4 раза. Понижающие трансформаторы используют с целью распределения электроэнергии между потребителями, а повышающие – для передачи электрической энергии на большие расстояния.

Многообразие применения высоковольтных трансформаторов обусловило весьма значительную номенклатуру этих устройств. В зависимости от напряжения, режима нейтрали и номинальной мощности, высоковольтные трансформаторы классифицируют на несколько, так называемых габаритов:

– I – до 100 кВА и до 35кВ;

– II – более 100 до 1000кВА и до 35кВ;

– III – более 1000 до 6300кВА и до 35кВ;

– IV – более 6300кВА и до 35кВ;

– V – до 32000кВА и более 35 до 110кВ;

– VI – более 32000 до 80000кВА и до 330кВ;

– VII – более 80000 до 200000кВА и до 330кВ;

– VIII – более 200000кВА и свыше 330кВ.

В зависимости от типа охлаждения

В зависимости от типа охлаждения трансформаторы разделяют на:

– масляные;

– сухие;

– трансформаторы, в качестве изоляции у которых выступает жидкий диэлектрик.

Условно силовые трансформаторы обозначаются как определенными буквами (тип, количество фаз, число обмоток, способ охлаждения, вид переключения ответвлений), так и цифрами (мощность, напряжение).

Буквенные обозначения (некоторые могут отсутствовать) строго в той последовательности, что приведена ниже, позволяют получить следующую информацию:

1.Назначение

– автотрасформатор – А;

– электропечной – Э;

2.Число фаз

– однофазные – О;

– трехфазные – Т;

3.Присутствие расщепленной обмотки НН – Р;

4.Способ охлаждения

4.1. У сухих трансформаторов:

– естественное воздушное: в открытом исполнении – С, в закрытом –СЗ, в герметичном СГ;

– принудительное воздушное – СД;

4.2.У масляных трансформаторов:

– естественная циркуляция воздуха и масла – М; при наличии дополнительной защиты в виде азотной подушки без применения расширителя – МЗ;

– принудительная циркуляция воздуха: с естественной масляной – Д, с принудительной масляной – ДЦ;

– принудительная водомасляная циркуляция – Ц;

4.3. С применением в качестве охлаждающего теплоносителя негорючего жидкого диэлектрика:

– естественное – Н;

– с дутьем – НД:

5.Конструктивные особенности

– литая изоляция – Л;

– трехобмоточный – Т;

– наличие РНТ – Н;

– с выводами, расположенными во фланцах стенок корпуса: с азотной подушкой и без расширителя – З; с расширителем –Ф;

– без расширителя в гофробаке – Г;

– с симметрирующим устройством – У;

– подвесное исполнение для размещения на опорах ВЛ– П;

– энергосберегающий (с пониженными потерями в режиме х.х.) – э.

6.Область применения

– обеспечение собственных потребностей электростанций – С;

– ЛЭП постоянного тока – П;

– металлургическая отрасль – М;

– обеспечение электропитания: погружных насосов – ПН; экскаваторов – Э;

– подогрев (при необходимости) грунта, бетона, а также использование в буровых установках – Б;

– термическая обработка грунта и бетона, питание ручного электроинструмента различного назначения, а также обустройство временного освещения – ТО.

Затем числовой дробью в числителе дается информация о номинальной мощности (кВ*А), а в знаменателе – класс напряжения обмотки (кВ).

Использование силовых трансформаторов в зависимости от климатических условий

Информация о возможностях использования силовых трансформаторов в зависимости от климатических условий (в соответствие с ГОСТом 15150-69):

– умеренный климат– У;

– холодный – ХЛ;

-тропический – Т;

Кроме того, в зависимости от месторасположения, трансформаторы делят на следующие категории, допускающие их эксплуатацию:

– на открытом воздухе – 1;

– в помещениях с несущественными отличиями колебаний температуры и влажности относительно внешней среды – 2;

– в закрытых помещениях, где, благодаря естественной вентиляции, перепады температуры и влажности существенно ниже, чем с внешней стороны – 3;

– в закрытых помещениях со специально созданными и регулируемыми климатическими параметрами -4;

– в помещениях с повышенной влажностью – 5.