- Втрата потужності на лініях передач
- Різниця між силовим трансформатором та розподільним трансформатором
- Принцип роботи силового трансформатора
- Трифазний трансформатор
- Особливості силового трансформатора
- Застосування передачі потужності
У деяких наших попередніх статтях ми обговорювали основи трансформатора та його різні типи. Одним з важливих і часто використовуваних трансформаторів є силовий трансформатор. Він дуже широко використовується для підвищення та зниження напруги на електростанції та розподільній станції (або підстанції) відповідно.
Наприклад, розглянемо блок-схему, показану вище. Тут силовий трансформатор використовується два рази під час подачі електроенергії споживачеві, який знаходиться далеко від генеруючої станції.
- Вперше на електростанції посилюється напруга, що генерується вітрогенератором.
- Другий - на розподільній станції (або підстанції) для зниження напруги, що надходить в кінці лінії електропередачі.
Втрата потужності на лініях передач
Існує багато причин використання силового трансформатора в електроенергетичних системах. Але однією з найважливіших і простих причин використання силового трансформатора є зменшення втрат потужності під час передачі електроенергії.
Тепер давайте подивимося, як значно втрачається потужність за допомогою силового трансформатора:
Спочатку рівняння втрати потужності P = I * I * R.
Тут I = струм через провідник і R = опір провідника.
Отже, втрати потужності прямо пропорційні квадрату струму, що протікає через провідник або лінію електропередачі. Отже, менша величина струму, що проходить через провідник, зменшує втрати потужності.
Як ми скористаємось цією теорією, пояснюється нижче:
- Скажімо, початкова напруга = 100 В, а затрати навантаження = 5 А та подана потужність = 500 Вт. Тоді лінії електропередач тут повинні нести струм величиною 5А від джерела до навантаження. Але якщо ми збільшимо напругу на початковому етапі до 1000 В, тоді лінії електропередачі повинні мати лише 0,5 А, щоб забезпечити ту саму потужність 500 Вт.
- Отже, ми збільшимо напругу на початку лінії електропередачі за допомогою силового трансформатора і використаємо інший силовий трансформатор, щоб зменшити напругу в кінці лінії електропередачі.
- При такому налаштуванні величина поточного потоку через лінію електропередачі 100 кілометрів значно зменшується, зменшуючи тим самим втрати потужності під час передачі.
Різниця між силовим трансформатором та розподільним трансформатором
- Силовий трансформатор, як правило, працює в повному навантаженні, оскільки він розроблений з високим ККД при 100% навантаженні. З іншого боку, розподільний трансформатор має високу ефективність, коли навантаження залишається між 50% і 70%. Отже, розподільні трансформатори не придатні для безперервної роботи при 100% навантаженні.
- Оскільки силовий трансформатор призводить до високих напруг під час підвищення та зниження, обмотки мають високу ізоляцію в порівнянні з розподільчими трансформаторами та приладовими трансформаторами.
- Оскільки вони використовують високоякісний утеплювач, вони мають дуже громіздкі розміри, а також дуже важкі.
- Оскільки силові трансформатори, як правило, не підключені безпосередньо до будинків, вони відчувають менші коливання навантаження, тоді як з іншого боку розподільні трансформатори відчувають сильні коливання навантаження.
- Вони завантажуються повністю протягом 24 годин на день, тому втрати міді та заліза відбуваються протягом дня, і вони залишаються майже однаковими протягом усього часу.
- Щільність потоку в силовому трансформаторі вища, ніж у розподільчому трансформаторі.
Принцип роботи силового трансформатора
Силовий трансформатор працює за принципом "закону Фарадея про електромагнітну індукцію". Це основний закон електромагнетизму, який пояснює принцип роботи дроселів, двигунів, генераторів та електричних трансформаторів.
Закон говорить: " Коли замкнутий або замиканий провідник наближається до мінливого магнітного поля, тоді струм генерується в цьому замкнутому контурі" .
Щоб краще зрозуміти закон, давайте обговоримо його детальніше. Спочатку розглянемо сценарій нижче.
Вважайте постійний магніт, і провідник спочатку наближається один до одного.
- Потім провідник коротко замикається на обох кінцях за допомогою дроту, як показано на малюнку.
- У цьому випадку в провіднику або петлі не буде протікати струм, оскільки магнітне поле, що розрізає петлю, нерухомо, і, як згадується в законі, лише змінне або мінливе магнітне поле може змусити струм у петлі.
- Отже, у першому випадку стаціонарного магнітного поля в контурі провідника буде нульовий потік.
тоді магнітне поле, що розрізає петлю, постійно змінюється. Оскільки в цьому випадку присутнє різне магнітне поле, закони Фарадея почнуть діяти, і таким чином ми можемо побачити струм струму в контурі провідника.
Як ви можете бачити на малюнку, після того, як магніт рухається вперед-назад, ми бачимо струм "I", що протікає через провідник і замкнутий контур.
щоб замінити його іншими джерелами магнітного поля різного типу, як показано нижче.
- Зараз джерело змінної напруги та провідник використовуються для генерації різного магнітного поля.
- Після наближення контуру провідника до діапазону магнітного поля ми можемо побачити ЕРС, що генерується по провіднику. Через цю індуковану ЕРС ми матимемо струм струму "I".
- Величина індукованої напруги пропорційна напруженості поля, яку відчуває друга петля, тому чим вища напруженість магнітного поля, тим більший потік струму в замкнутому циклі.
Хоча можна використовувати один провідник, встановлений для розуміння закону Фарадея. Але для кращої практичної роботи переважно використання котушки з обох сторін.
Тут змінний струм протікає через первинну котушку1, яка генерує різне магнітне поле навколо котушок провідника. І коли котушка2 потрапляє в діапазон магнітного поля, що генерується котушкою1, тоді на котушці2 генерується напруга ЕРС через закон Фарадея про електромагнітну індукцію. І через цю напругу в котушці2 через вторинний замкнутий контур протікає струм "I".
Тепер ви повинні пам’ятати, що обидві котушки підвішені у повітрі, тому середовищем провідності, яке використовується магнітним полем, є повітря. А повітря має вищий опір порівняно з металами у випадку провідності магнітного поля, тому, якщо ми використовуємо металевий або феритовий сердечник, щоб діяти як середовище для електромагнітного поля, тоді ми можемо відчути електромагнітну індукцію більш ретельно.
Тож тепер давайте замінимо повітряне середовище на залізне для подальшого розуміння.
Як показано на малюнку, ми можемо використовувати залізо або феритовий сердечник для зменшення втрат магнітного потоку під час передачі потужності від однієї котушки до іншої котушки. За цей час магнітний потік, що витікає в атмосферу, буде значно меншим, ніж час, коли ми використовували повітряне середовище, оскільки ядро є дуже хорошим провідником магнітного поля.
Як тільки поле генерується котушкою1, воно буде протікати через залізний сердечник, доходячи до котушки2, і через закон Фарадея котушка2 генерує ЕРС, яку зчитує гальванометр, з'єднаний через котушку2.
Тепер, якщо ви уважно спостерігаєте, ви виявите, що ця установка схожа на однофазний трансформатор. І так, кожен присутній сьогодні трансформатор працює за тим же принципом.
А тепер давайте розглянемо спрощену конструкцію трифазного трансформатора.
Трифазний трансформатор
- Скелет трансформатора спроектований шляхом наколювання ламінованих металевих листів, які використовуються для перенесення магнітного потоку. На схемі видно скелет, пофарбований у сірий колір. Скелет має три колони, на які намотані обмотки трьох фаз.
- Обмотка нижчої напруги намотується першою і намотується ближче до сердечника, тоді як обмотка вищої напруги намотується поверх обмотки нижчої напруги. Пам'ятайте, обидві обмотки розділені ізоляційним шаром.
- Тут кожна колонка представляє одну фазу, тому для трьох колон ми маємо трифазну обмотку.
- Вся ця конструкція скелета та обмотки занурена у герметичний резервуар, наповнений промисловим маслом для кращої теплопровідності та ізоляції.
- Після намотування кінцеві клеми всіх шести котушок були виведені з герметичного резервуара через ВН-ізолятор.
- Термінали закріплені на достатній відстані один від одного, щоб уникнути стрибків іскри.
Особливості силового трансформатора
Номінальна потужність |
3 МВА до 200 МВА |
Первинні напруги, як правило |
11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 кВ |
Вторинні напруги, як правило |
3,3, 6,6, 11, 33, 66, 132 кВ або спеціальна специфікація |
Фази |
Одно- або трифазні трансформатори |
Номінальна частота |
50 або 60 Гц |
Постукування |
РПН під навантаженням або без навантаження |
Підвищення температури |
60 / 65C або спеціальна специфікація |
Тип охолодження |
ONAN (масло натуральне повітря натуральне) або інші типи охолодження, такі як KNAN (макс. 33 кВ) за запитом |
Радіатори |
Панелі радіаторів охолодження, встановлені на баку |
Векторні групи |
Dyn11 або будь-яка інша векторна група згідно з IEC 60076 |
Регулювання напруги |
Через РРН під навантаженням (із стандартним реле AVR) |
HV & LV термінали |
Тип повітряної кабельної коробки (макс. 33 кВ) або відкриті втулки |
Установки |
Критий або відкритий |
Рівень звуку |
Відповідно до ENATS 35 або NEMA TR1 |
Застосування передачі потужності
- Силовий трансформатор в основному використовується для виробництва електроенергії та на розподільчих станціях.
- Він також використовується в ізоляційних трансформаторах, заземлюючих трансформаторах, шести імпульсних і дванадцяти імпульсних випрямляльних трансформаторах, сонячних трансформаторах ФЕП, трансформаторах вітроелектростанцій та в стартерному автотрансформаторі Korndörfer.
- Застосовується для зменшення втрат потужності при передачі електроенергії.
- Застосовується для підвищення напруги та зниження високої напруги.
- Це переважно під час споживачів, що працюють на дальній відстані.
- І переважно у випадках, коли навантаження працює на повну потужність 24x7.