Co je silový transformátor a jak funguje?

V některých našich předchozích článcích jsme diskutovali o základech transformátoru a jeho různých typech. Jedním z důležitých a běžně používaných transformátorů je napájecí transformátor. Je velmi široce používán pro zvyšování a snižování napětí v elektrárně a distribuční stanici (nebo rozvodně).

Zvažte například blokové schéma zobrazené výše. Zde se napájecí transformátor používá dvakrát a dodává elektrickou energii spotřebiteli, který je daleko od výrobní stanice.

• Poprvé je to na elektrárně, kde se zvyšuje napětí generované větrným generátorem.
• Druhý je v distribuční stanici (nebo rozvodně), aby snížil napětí přijaté na konci přenosového vedení.

Ztráta energie v přenosových vedeních

Existuje mnoho důvodů pro použití výkonového transformátoru v elektrických energetických systémech. Ale jedním z nejdůležitějších a nejjednodušších důvodů pro použití výkonového transformátoru je snížení energetických ztrát během přenosu elektrické energie.

Nyní se podívejme, jak se ztráty výkonu značně sníží použitím výkonového transformátoru:

Nejprve rovnice ztráty energie P = I * I * R.

Zde I = proud vodičem a R = odpor vodiče.

Ztráta výkonu je tedy přímo úměrná druhé mocnině proudu protékajícího vodičem nebo přenosovým vedením. Čím menší je velikost proudu procházejícího vodičem, tím menší jsou energetické ztráty.

Jak tuto teorii využijeme, je vysvětleno níže:

• Řekněme, že počáteční napětí = 100 V a odběr zátěže = 5 A a dodaný výkon = 500 wattů. Pak zde musí přenosová vedení přenášet proud o velikosti 5A ze zdroje do zátěže. Pokud ale zvýšíme napětí v počáteční fázi na 1 000 V, pak musí přenosová vedení přenášet pouze 0,5 A, aby poskytly stejný výkon 500 W.
• Takže zesílíme napětí na začátku přenosového vedení pomocí výkonového transformátoru a použijeme jiný výkonový transformátor ke snížení napětí na konci přenosového vedení.
• S tímto nastavením se velikost toku proudu přes přenosové vedení 100 + Kilometr výrazně sníží, čímž se sníží ztráta energie během přenosu.

Rozdíl mezi výkonovým transformátorem a distribučním transformátorem

• Silový transformátor je obvykle provozován při plném zatížení, protože je navržen tak, aby měl vysokou účinnost při 100% zatížení. Na druhou stranu má distribuční transformátor vysokou účinnost, když zátěž zůstává mezi 50% a 70%. Distribuční transformátory tedy nejsou vhodné k nepřetržitému provozu při 100% zatížení.
• Jelikož silový transformátor vede během zvyšování a snižování napětí k vysokým napětím, mají vinutí ve srovnání s distribučními transformátory a přístrojovými transformátory vysokou izolaci.
• Protože používají izolaci na vysoké úrovni, jsou velmi objemné a jsou také velmi těžké.
• Vzhledem k tomu, že výkonové transformátory obvykle nejsou připojeny přímo k domovům, dochází u nich k menším výkyvům zátěže, zatímco na druhé straně mají distribuční transformátory velké výkyvy zátěže.
• Jsou plně naloženy po dobu 24 hodin denně, takže ztráty mědi a železa probíhají po celý den a po celou dobu zůstávají téměř stejné.
• Hustota toku v silovém transformátoru je vyšší než v distribučním transformátoru.

Princip fungování výkonového transformátoru

Silový transformátor pracuje na principu „Faradayova zákona elektromagnetické indukce“. Jedná se o základní zákon elektromagnetismu, který vysvětluje pracovní princip induktorů, motorů, generátorů a elektrických transformátorů.

Zákon stanoví: „ Když se uzavřená smyčka nebo zkratovaný vodič přiblíží měnícímu se magnetickému poli, pak se v této uzavřené smyčce generuje tok proudu“ .

Abychom zákonům lépe porozuměli, proberme je podrobněji. Nejprve zvažte následující scénář.

Zvažte permanentní magnet a nejprve se k sobě přiblíží vodič.

• Poté je vodič na obou koncích zkratován pomocí drátu, jak je znázorněno na obrázku.
• V tomto případě nebude ve vodiči nebo ve smyčce proudit, protože magnetické pole, které smyčku přerušuje, je stacionární a jak je uvedeno v zákoně, pouze proměnlivé nebo měnící se magnetické pole může vynutit proud ve smyčce.
• Takže v prvním případě stacionárního magnetického pole bude ve vodičové smyčce nulový tok.

pak se magnetické pole řezající smyčku stále mění. Vzhledem k tomu, že v tomto případě existuje proměnlivé magnetické pole, začnou hrát Faradayovy zákony, a tím můžeme vidět proudový proud ve vodičové smyčce.

Jak vidíte na obrázku, poté, co se magnet pohybuje sem a tam, uvidíme proud „I“ protékající vodičem a uzavřenou smyčkou.

nahradit jej jinými zdroji různých magnetických polí, jak je uvedeno níže.

• Nyní se ke generování měnícího se magnetického pole používá zdroj střídavého napětí a vodič.
• Poté, co se vodičová smyčka přiblíží k rozsahu magnetického pole, můžeme vidět EMF generovaný napříč vodičem. Kvůli tomuto indukovanému EMF budeme mít proudový tok „I“.
• Velikost indukovaného napětí je úměrná intenzitě pole, které zažívá druhá smyčka, takže čím vyšší je síla magnetického pole, tím vyšší je tok proudu v uzavřené smyčce.

I když je možné použít jediný vodič nastavený k pochopení Faradayova zákona. Ale pro lepší praktický výkon se dává přednost použití cívky na obou stranách.

Zde protéká primární cívkou střídavý proud 1, který generuje měnící se magnetické pole kolem vodičových cívek. A když cívka2 vstoupí do rozsahu magnetického pole generovaného cívkou1, pak se na cívce2 generuje napětí EMF kvůli Faradayovu zákonu elektromagnetické indukce. A kvůli tomuto napětí v cívce2 protéká sekundárním uzavřeným obvodem proud „I“.

Nyní si musíte pamatovat, že obě cívky jsou zavěšeny ve vzduchu, takže médiem vedení používaným magnetickým polem je vzduch. A vzduch má v případě vedení magnetického pole ve srovnání s kovy vyšší odpor, takže pokud použijeme kovové nebo feritové jádro jako médium pro elektromagnetické pole, můžeme důkladněji zažít elektromagnetickou indukci.

Pojďme tedy pro lepší porozumění vyměnit vzduchové médium za železné.

Jak je znázorněno na obrázku, můžeme použít železné nebo feritové jádro ke snížení ztráty magnetického toku během přenosu energie z jedné cívky na druhou. Během této doby bude magnetický tok unikající do atmosféry podstatně kratší než doba, kdy jsme použili vzduchové médium, protože jádro je velmi dobrým vodičem magnetického pole.

Jakmile je pole generováno cívkou 1, bude protékat železným jádrem a dosáhne cívky 2 a kvůli zákonům zákona cívka 2 generuje EMF, který bude čten galvanometrem připojeným přes cívku2.

Nyní, pokud budete pozorně sledovat, najdete toto nastavení podobné jednofázovému transformátoru. A ano, každý dnes přítomný transformátor pracuje na stejném principu.

Nyní se podívejme na zjednodušenou konstrukci třífázového transformátoru.

Třífázový transformátor

• Kostra transformátoru je navržena vytyčováním laminovaných kovových plechů, které se používají k přenosu magnetického toku. V diagramu vidíte, že kostra je namalována šedě. Kostra má tři sloupy, na kterých jsou navinuta vinutí tří fází.
• Vinutí nízkého napětí je navinuto jako první a je navinuto blíže k jádru, zatímco vinutí vyššího napětí je navinuto na vrchol vinutí nízkého napětí. Nezapomeňte, že obě vinutí jsou oddělena izolační vrstvou.
• Zde každý sloupec představuje jednu fázi, takže pro tři sloupce máme třífázové vinutí.
• Celá tato sestava kostry a vinutí je ponořena do uzavřené nádrže naplněné průmyslovým olejem pro lepší tepelnou vodivost a izolaci.
• Po navinutí byly koncové svorky všech šesti cívek vyvedeny z utěsněné nádrže pomocí izolátoru VN.
• Svorky jsou upevněny v dostatečné vzdálenosti od sebe, aby nedocházelo ke skokům jisker.

Vlastnosti výkonového transformátoru

Jmenovitý výkon	3 MVA až 200 MVA
Primární napětí obvykle	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
Sekundární napětí typicky	3,3, 6,6, 11, 33, 66, 132 kV nebo vlastní specifikace
Fáze	Jednofázové nebo třífázové transformátory
Jmenovitá frekvence	50 nebo 60 Hz
Poklepáním	Přepínače odboček při zatížení nebo při zatížení
Zvýšení teploty	60 / 65C nebo vlastní specifikace
Typ chlazení	ONAN (olej přírodní vzduch přírodní) nebo jiné typy chlazení, jako je KNAN (max. 33 kV) na vyžádání
Radiátory	Chladicí panely namontované na nádrži
Vektorové skupiny	Dyn11 nebo jakákoli jiná skupina vektorů podle IEC 60076
Regulace napětí	Přes přepínač odboček pod zatížením (standardně s relé AVR)
Svorky VN a NN	Vzduchová kabelová skříň typu (max. 33 kV) nebo otevřená pouzdra
Instalace	Vnitřní nebo venkovní
Hladina zvuku	Podle ENATS 35 nebo NEMA TR1

Aplikace přenosu energie

• Silový transformátor se používá hlavně při výrobě elektrické energie a na distribučních stanicích.
• Používá se také v izolačních transformátorech, uzemňovacích transformátorech, šesti pulzních a dvanácti pulzních usměrňovacích transformátorech, solárních FV transformátorech, transformátorech větrných farem a v autotransformátorovém spouštěči Korndörfer.
• Používá se ke snížení ztrát energie během přenosu elektrické energie.
• Používá se pro zesílení vysokého napětí a zeslabení vysokého napětí.
• Upřednostňuje se to v případech spotřebitelů na velké vzdálenosti.
• A preferováno v případech, kdy zatížení běží na plnou kapacitu 24x7.