Što je energetski transformator i kako radi?

U nekim od naših prethodnih članaka raspravljali smo o osnovama transformatora i njegovim različitim vrstama. Jedan od važnih i često korištenih transformatora je energetski transformator. Vrlo se široko koristi za pojačavanje i spuštanje napona na električnoj stanici i distribucijskoj stanici (ili trafostanici).

Na primjer, razmotrite prethodno prikazani blok dijagram. Ovdje se energetski transformator koristi dva puta dok isporučuje električnu energiju potrošaču koji je daleko od proizvodne stanice.

Prvi je put na energetskoj stanici pojačati napon koji generira generator vjetra.
Drugo je na distribucijskoj stanici (ili trafostanici) za smanjenje napona primljenog na kraju dalekovoda.

Gubitak snage u prijenosnim vodovima

Mnogo je razloga za upotrebu energetskog transformatora u elektroenergetskim sustavima. Ali jedan od najvažnijih i najjednostavnijih razloga upotrebe energetskog transformatora je smanjenje gubitaka snage tijekom prijenosa električne energije.

Sada da vidimo kako se gubitak snage znatno smanjuje upotrebom energetskog transformatora:

Prvo, jednadžba gubitka snage P = I * I * R.

Ovdje je I = struja kroz vodič i R = Otpor vodiča.

Dakle, gubitak snage izravno je proporcionalan kvadratu struje koja prolazi kroz vodič ili dalekovod. Dakle, niža veličina struje koja prolazi kroz vodič smanjuje gubitke snage.

Kako ćemo iskoristiti ovu teoriju objašnjeno je u nastavku:

Recimo početni napon = 100V, a opterećenje = 5A i isporučena snaga = 500watt. Tada dalekovodi ovdje moraju nositi struju magnitude 5A od izvora do opterećenja. Ali ako pojačamo napon u početnoj fazi na 1000 V, tada dalekovodi moraju nositi samo 0,5 A kako bi isporučili istu snagu od 500 W.
Dakle, pojačat ćemo napon na početku dalekovoda pomoću energetskog transformatora i upotrijebiti drugi energetski transformator za smanjenje napona na kraju dalekovoda.
Ovim podešavanjem veličina protoka struje kroz 100 + kilometar dalekovoda znatno se smanjuje, smanjujući tako gubitak snage tijekom prijenosa.

Razlika između energetskog transformatora i distribucijskog transformatora

Snažni transformator obično radi s punim opterećenjem jer je dizajniran da ima visoku učinkovitost pri 100% opterećenju. S druge strane, distribucijski transformator ima visoku učinkovitost kada opterećenje ostaje između 50% i 70%. Dakle, distribucijski transformatori nisu prikladni za kontinuirano pokretanje pri 100% opterećenju.
Budući da energetski transformator dovodi do visokih napona tijekom pojačavanja i smanjivanja, namoti imaju visoku izolaciju u usporedbi s distribucijskim transformatorima i mjernim transformatorima.
Budući da koriste izolaciju na visokoj razini, vrlo su glomazne i ujedno su vrlo teške.
Budući da energetski transformatori obično nisu izravno spojeni na domove, oni imaju manja kolebanja opterećenja, dok s druge strane distribucijski transformatori imaju velika kolebanja opterećenja.
Oni se pune 24 sata dnevno, tako da se gubici bakra i željeza događaju tijekom cijelog dana i ostaju gotovo isti cijelo vrijeme.
Gustoća protoka u energetskom transformatoru veća je od distribucijskog transformatora.

Princip rada energetskog transformatora

Energetski transformator radi na principu 'Faradayevog zakona elektromagnetske indukcije'. Osnovni zakon elektromagnetizma objašnjava princip rada prigušnica, motora, generatora i električnih transformatora.

Zakon kaže ' Kada se zatvoreni ili kratki vodič dovede blizu promjenjivog magnetskog polja, tada se u toj zatvorenoj petlji stvara strujni tok' .

Da bismo bolje razumjeli zakon, razgovarajmo o njemu detaljnije. Prvo, razmotrimo scenarij u nastavku.

Razmotrite trajni magnet i vodič se prvo približi jedan drugome.

Tada se vodič na oba kraja kratko spoji pomoću žice kao što je prikazano na slici.
U ovom slučaju neće proći struja u vodiču ili petlji, jer je magnetsko polje koje presijeca petlju stacionarno i kao što je spomenuto u zakonu, samo promjenjivo ili promjenjivo magnetsko polje može prisiliti struju u petlji.
Tako će u prvom slučaju stacionarnog magnetskog polja u petlji vodiča biti nula protoka.

tada se magnetsko polje koje presijeca petlju stalno mijenja. Budući da je u ovom slučaju prisutno različito magnetsko polje, pojavit će se Faradayevi zakoni i time možemo vidjeti strujanje struje u petlji vodiča.

Kao što možete vidjeti na slici, nakon što se magnet pomiče naprijed-natrag, vidimo struju 'I' koja teče kroz vodič i zatvorenu petlju.

kako bi ga zamijenili drugim izvorima magnetskog polja s različitim promjenama poput dolje.

Sada se izvor izmjeničnog napona i vodič koriste za generiranje promjenjivog magnetskog polja.
Nakon što se petlja vodiča približi području magnetskog polja, tada možemo vidjeti EMF generiran preko vodiča. Zbog ovog induciranog EMF-a imat ćemo trenutni protok 'I'.
Veličina induciranog napona proporcionalna je jačini polja koju doživljava druga petlja, pa je veća jačina magnetskog polja, veći protok struje u zatvorenoj petlji.

Iako je moguće koristiti jedan vodič postavljen za razumijevanje Faradayevog zakona. Ali za bolje praktične performanse poželjna je uporaba zavojnice s obje strane.

Ovdje izmjenična struja teče kroz primarnu zavojnicu1 koja generira promjenjivo magnetsko polje oko zavojnica vodiča. A kada zavojnica2 uđe u područje magnetskog polja koje stvara zavojnica1, tada se na zavojnici2 generira EMF napon zbog Faradayevog zakona elektromagnetske indukcije. I zbog tog napona u zavojnici2 struja 'I' prolazi kroz sekundarni zatvoreni krug.

Sada morate zapamtiti da su obje zavojnice obješene u zraku, pa je medij vodljivosti koji koristi magnetsko polje zrak. A zrak ima veći otpor u usporedbi s metalima u slučaju provođenja magnetskog polja, pa ako koristimo metalnu ili feritnu jezgru da djeluje kao medij za elektromagnetsko polje, tada možemo temeljitije doživjeti elektromagnetsku indukciju.

Dakle, zamijenimo zračni medij željeznim za daljnje razumijevanje.

Kao što je prikazano na slici, jezgrom željeza ili ferita možemo smanjiti gubitak magnetskog toka tijekom prijenosa snage s jedne zavojnice na drugu. Za to vrijeme magnetski tok koji procuri u atmosferu bit će znatno manji od vremena kada smo koristili zračni medij kao jezgra vrlo dobar vodič magnetskog polja.

Jednom kad polje generira zavojnica1, ona će teći kroz željeznu jezgru dosežući zavojnicu2, a zbog faradejevog zakona zavojnica2 generira EMF koji će očitavati galvanometar povezan preko zavojnice2.

Ako pažljivo promatrate, pronaći ćete ovu postavku sličnu jednofaznom transformatoru. I da, svaki danas prisutni transformator radi na istom principu.

Pogledajmo sada pojednostavljenu konstrukciju trofaznog transformatora.

Trofazni transformator

Kostur transformatora dizajniran je zabijanjem laminiranih metalnih limova koji se koriste za prijenos magnetskog toka. Na dijagramu možete vidjeti da je kostur obojen u sivo. Kostur ima tri stupa na koja su namotani namoti od tri faze.
Prvo se namata namot nižeg napona i namotava se bliže jezgri, dok se napon namota višeg napona namotava na vrh namota nižeg napona. Ne zaboravite, oba namota odvojena su izolacijskim slojem.
Ovdje svaki stupac predstavlja jednu fazu, tako da za tri stupca imamo trofazno namotavanje.
Cijeli ovaj sklop kostura i namota uronjen je u zatvoreni spremnik napunjen industrijskim uljem radi bolje toplinske vodljivosti i izolacije.
Nakon namotaja, završni terminali svih šest zavojnica izvučeni su iz zatvorenog spremnika kroz visokonaponski izolator.
Terminali su fiksirani na prilično udaljenoj međusobnoj udaljenosti kako bi se izbjegli skokovi iskri.

Značajke energetskog transformatora

Nazivna snaga	3 MVA do 200 MVA
Primarni naponi tipično	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
Tipični sekundarni naponi	3,3, 6,6, 11, 33, 66, 132 kV ili prilagođena specifikacija
Faze	Jedno ili trofazni transformatori
Ocijenjena frekvencija	50 ili 60 Hz
Kuckanje	Izmjenjivači uređaja pod opterećenjem ili bez tereta
Porast temperature	60 / 65C ili prilagođena specifikacija
Tip hlađenja	ONAN (ulje prirodni zrak prirodno) ili druge vrste hlađenja poput KNAN (max 33kV) na zahtjev
Radijatori	Paneli hladnjaka montirani na spremnik
Skupine vektora	Dyn11 ili bilo koja druga vektorska skupina prema IEC 60076
Regulacija napona	Putem izmjenjivača razvodnika na opterećenju (standardno s AVR relejem)
VN i NN terminali	Tip zračne kabelske kutije (max. 33kV) ili otvorene čahure
Instalacije	U zatvorenom ili na otvorenom
Razina zvuka	Prema ENATS 35 ili NEMA TR1

Primjene prijenosa snage

Snažni transformator uglavnom se koristi u proizvodnji električne energije i na distribucijskim postajama.
Također se koristi u izolacijskim transformatorima, uzemljivačkim transformatorima, šest impulsnih i dvanaest impulsnih ispravljačkih transformatora, solarnim PV transformatorima, transformatorima vjetroelektrana i u korndörfer-ovom autotransformatorskom starteru.
Koristi se za smanjenje gubitaka snage tijekom prijenosa električne energije.
Koristi se za visokonaponsko pojačavanje i visokonaponsko smanjenje.
Preferira se tijekom potrošačkih slučajeva na daljinu.
I poželjno u slučajevima kada teret radi punim kapacitetom 24x7.