Шта је енергетски трансформатор и како ради?

У неким од наших претходних чланака разговарали смо о основама трансформатора и његовим различитим врстама. Један од важних и најчешће коришћених трансформатора је енергетски трансформатор. Веома се користи за појачавање и спуштање напона на електричној станици и дистрибуционој станици (или трафостаници).

На пример, размотрите блок дијаграм приказан горе. Овде се енергетски трансформатор користи два пута док испоручује електричну енергију потрошачу који је далеко од производне станице.

Први пут је на енергетској станици појачан напон који генерише ветрогенератор.
Друга је на дистрибутивној станици (или трафостаници) за смањење напона примљеног на крају далековода.

Губитак снаге у преносним водовима

Постоји много разлога за употребу енергетског трансформатора у електроенергетским системима. Али један од најважнијих и најједноставнијих разлога за употребу енергетског трансформатора је смањење губитака снаге током преноса електричне енергије.

Сада да видимо како се губитак снаге знатно смањује коришћењем енергетског трансформатора:

Прво, једначина губитка снаге П = И * И * Р.

Овде је И = струја кроз проводник и Р = отпор проводника.

Дакле, губитак снаге је директно пропорционалан квадрату струје која пролази кроз проводник или далековод. Дакле, нижа величина струје која пролази кроз проводник смањује губитке снаге.

Како ћемо искористити ову теорију објашњено је у наставку:

Рецимо да је почетни напон = 100В, а оптерећење = 5А и испоручена снага = 500ватт. Тада далеководи овде морају да носе струју магнитуде 5А од извора до оптерећења. Али ако појачамо напон у почетној фази на 1000 В, онда далеководи морају да носе само 0,5 А да би испоручили исту снагу од 500 В.
Дакле, појачаћемо напон на почетку далековода помоћу енергетског трансформатора и употребити други енергетски трансформатор да смањимо напон на крају далековода.
Овим подешавањем, величина протока струје кроз далековод 100 + километар се знатно смањује, смањујући тако губитак снаге током преноса.

Разлика између енергетског трансформатора и дистрибутивног трансформатора

Снажни трансформатор обично ради са пуним оптерећењем јер је дизајниран да има високу ефикасност при 100% оптерећењу. С друге стране, дистрибутивни трансформатор има високу ефикасност када оптерећење остане између 50% и 70%. Дакле, дистрибутивни трансформатори нису погодни за рад при 100% оптерећењу непрекидно.
Будући да енергетски трансформатор доводи до високих напона током појачавања и спуштања, намотаји имају високу изолацију у поређењу са дистрибутивним трансформаторима и мерним трансформаторима.
Будући да користе изолацију на високом нивоу, врло су гломазне, а такође су и тешке.
Будући да енергетски трансформатори обично нису директно повезани са кућама, они имају мања колебања оптерећења, док са друге стране дистрибутивни трансформатори доживљавају велика колебања оптерећења.
Они се пуне у потпуности 24 сата дневно, тако да се губици бакра и гвожђа дешавају током целог дана и остају прилично исти цело време.
Густина флукса у енергетском трансформатору је већа од дистрибутивног трансформатора.

Принцип рада енергетског трансформатора

Снажни трансформатор ради на принципу „Фарадаиевог закона електромагнетне индукције“. Основни закон електромагнетизма објашњава принцип рада индуктора, мотора, генератора и електричних трансформатора.

Закон каже „ Када се затворени или кратко спојени проводник приближи променљивом магнетном пољу, тада се у тој затвореној петљи ствара струјни ток“ .

Да бисмо боље разумели закон, разговарајмо о њему детаљније. Прво, размотримо сценарио у наставку.

Узмите у обзир трајни магнет и проводник се прво приближи један другом.

Тада се проводник на оба краја кратко споји помоћу жице као што је приказано на слици.
У овом случају неће проћи струја у проводнику или петљи, јер магнетно поље које пресеца петљу мирује и као што је поменуто у закону, само променљиво или променљиво магнетно поље може да присили струју у петљу.
Дакле, у првом случају стационарног магнетног поља, у проводничкој петљи биће нулти проток.

тада се магнетно поље које пресеца петљу стално мења. Будући да је у овом случају присутно различито магнетно поље, Фарадаи-ови закони ће се применити и на тај начин можемо видети проток струје у проводничкој петљи.

Као што видите на слици, након померања магнета напред-назад, видимо струју „И“ која тече кроз проводник и затворену петљу.

да би га заменио другим изворима магнетског поља који варирају, као што је доле.

Сада се извор за наизменични напон и проводник користе за генерисање променљивог магнетног поља.
Након што се проводничка петља приближи опсегу магнетног поља, тада можемо видети ЕМФ генерисан преко проводника. Због овог индукованог ЕМФ, имаћемо проток струје 'И'.
Величина индукованог напона је пропорционална јачини поља коју искуси друга петља, па је већа јачина магнетног поља, већи проток струје у затвореној петљи.

Иако је могуће користити један проводник постављен за разумевање Фарадаиевог закона. Али за боље практичне перформансе пожељна је употреба завојнице са обе стране.

Овде наизменична струја протиче кроз примарни калем1 који генерише променљиво магнетно поље око калема проводника. А када завојница2 уђе у опсег магнетног поља које генерише завојница1, онда се на ЕМ2 напону генерише ЕМФ напон због Фарадаиевог закона електромагнетне индукције. И због тог напона у завојници2 кроз секундарни затворени круг протиче струја 'И'.

Сада морате да запамтите да су обе завојнице суспендоване у ваздуху, па је проводни медиј који користи магнетно поље ваздух. А ваздух има већи отпор у поређењу са металима у случају проводљивости магнетног поља, па ако користимо метално или феритно језгро да делује као медијум за електромагнетно поље, тада можемо темељитије искусити електромагнетну индукцију.

Дакле, заменимо ваздушни медијум гвозденим за даље разумевање.

Као што је приказано на слици, можемо користити језгро гвожђа или ферита да смањимо губитак магнетног флукса током преноса снаге са једне калема на другу. За то време магнетни ток који процури у атмосферу биће знатно мањи од времена када смо користили ваздушни медијум као језгро, који је веома добар проводник магнетног поља.

Једном када поље генерише завојница1, она ће тећи кроз гвоздену језгру достижући завојницу2 и због фарадејевог закона завојница2 генерише ЕМФ који ће очитавати галванометар повезан преко завојнице2.

Ако пажљиво посматрате, наћи ћете да је ово подешавање слично једнофазном трансформатору. И да, сваки данас присутни трансформатор ради по истом принципу.

Погледајмо сада поједностављену конструкцију трофазног трансформатора.

Трофазни трансформатор

Скелет трансформатора дизајниран је уградњом ламинираних металних лимова који се користе за пренос магнетног флукса. На дијаграму можете видети да је костур обојен у сиво. Костур има три стуба на која су намотани намотаји од три фазе.
Прво се намотава намотај нижег напона и намотава се ближе језгру, док се намотај вишег напона намотава на врх намотаја нижег напона. Не заборавите, оба намотаја су одвојена изолационим слојем.
Овде свака колона представља једну фазу, тако да за три колоне имамо трофазно намотавање.
Целокупна поставка костура и намотаја уроњена је у затворени резервоар напуњен индустријским уљем ради боље проводљивости топлоте и изолације.
Након намотавања, крајњи терминали свих шест намотаја изведени су из затвореног резервоара кроз високонапонски изолатор.
Терминали су фиксирани на прилично удаљеној удаљености један од другог како би се избегли скокови варница.

Карактеристике енергетског трансформатора

Оцењена моћ	3 МВА до 200 МВА
Примарни напони типично	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 кВ
Типично секундарни напони	3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132 кВ или прилагођена спецификација
Фазе	Једно или трофазни трансформатори
Оцењена фреквенција	50 или 60 Хз
Тапкање	Мењачи преклопника под оптерећењем или без оптерећења
Пораст температуре	60 / 65Ц или прилагођена спецификација
Тип хлађења	ОНАН (уље природни ваздух природно) или друге врсте хлађења попут КНАН (мак 33кВ) на захтев
Радијатори	Панели хладњака монтирани на резервоару
Векторске групе	Дин11 или било која друга векторска група према ИЕЦ 60076
Регулација напона	Преко измењивача на оптерећењу (са АВР релејем стандардно)
ВН и НН терминали	Тип ваздушне кабловске кутије (макс. 33кВ) или отворене чауре
Инсталације	У затвореном или на отвореном
Ниво звука	Према ЕНАТС 35 или НЕМА ТР1

Примене преноса снаге

Снажни трансформатор се углавном користи у производњи електричне енергије и на дистрибутивним станицама.
Такође се користи у изолационим трансформаторима, уземљивачким трансформаторима, шест импулсних и дванаест пулсних исправљачких трансформатора, соларним ПВ трансформаторским трансформаторима, трансформаторима ветропаркова и у корндорфер-овом аутотрансформаторском стартеру.
Користи се за смањење губитака снаге током преноса електричне енергије.
Користи се за високонапонско појачавање и високонапонско смањење.
То је пожељно током потрошачких случајева на даљину.
И пожељно у случајевима када терет ради пуним капацитетом 24к7.