Силовий трансформатор - електротехнічний пристрій, що змінює значення напруги або струму одного рівня на інший, зберігаючи при цьому потужність, що проходить через нього. Застосовується він на станціях, підстанціях і розподільних пристроях. Якщо на станції він є одним з численних пристроїв робочої системи, то на підстанції він - головний елемент.
Механізм створення трансформатора
Принцип роботи силового трансформатора заснований на властивості електромагнітної індукції, викликаної електричною рушійною силою протікаючого по обмотках змінного струму. Це означає, що не існує трансформаторів на постійному струмі. Трансформатори здатні змінювати струм і напругу, але не здатні змінювати їх частоту. Далі розглянемо пристрій силового трансформатора та існуючі види.
Різновиди
Силовий трансформатор - дуже складний механізм, що складається з безлічі елементів, склад яких безпосередньо залежить від його потужності і призначення. В електроенергетиці застосовують кілька видів цих електричних машин. Серед них:
- двобмоточні силові трансформатори;
- триобмоточні;
- з розщепленою вторинною обмоткою;
- розділові трансформатори;
- з розімкнутою вторинною обмоткою;
- автотрансформатори.
Залежно від потужності, застосовують різні діелектричні матеріали, які потрібні для охолодження та електричної безпеки силового трансформатора. Для трансформаторів малої потужності застосовують спеціальний папір, діелектричний компаунд, електротехнічний лак. Пристрій силового трансформатора середньої та великої потужності передбачає наявність таких важливих елементів, як трансформаторна олія та елегаз. Вони використовуються для ізоляції обмоток.
Більшу частину всіх силових трансформаторів, які використовуються в електроенергетиці, складають силові олійні трансформатори. Дані пристрою складаються з таких елементів:
- корпус;
- розширювальний навісний бак;
- електричне введення;
- первинна обмотка;
- вторинна обмотка;
- магнітопровід;
- масляний насос і радіатор (залежно від потужності);
- релейний захист і автоматика;
- датчик рівня та стану трансформаторної олії.
Призначення силових трансформаторів
Для передачі електричної енергії на далекі відстані потрібно значно підвищувати рівень напруги. Головним ворогом в електроенергетиці є електричний опір різного роду матеріалів. Закономірність така: чим більше електричний опір, тим більше нагрів елемента. У фізиці таке явище називається втратами.
При передачі електричної енергії на значні відстані ці втрати досягають значних величин. Для їх зменшення потрібно знизити величину електричного струму. Це можна зробити шляхом підвищення значення напруги.
З шкільного курсу фізики нам відомо рівняння знаходження потужності. Звучить воно наступним чином: потужність є твір струму на напругу. Отже, при постійному значенні потужності, якщо збільшується напруга, струм природним чином зменшується. Звичайно, можна використовувати провідники з хорошою провідністю, але вартість таких матеріалів досить висока. Для підвищення або зменшення напруги застосовують пристрої під назвою "силовий трансформатор" ".
Вибір силових трансформаторів
Розрахунок силового трансформатора для станцій і підстанцій кардинально відрізняється. Це пов 'язано з тим, що електрична станція виробляє електричну енергію, а підстанція розподіляє її по споживачах.
Розрахунок силового трансформатора для станції зводиться до зіставлення повної потужності, вироблюваної генератором або групою генераторів. Вибір потужності трансформатора для підстанції набагато складніший.
Зі зрозумілих причин добове споживання електричної енергії значно розрізняється. Графік навантажень у загальному вигляді має ступеневий характер. У проміжок часу між 00.00 до 6.00 споживання енергії має мінімальне значення, далі з 6.00 до 10.00 зростає до максимального значення, наступні шість годин спостерігається невеликий спад, і з 16.00 до 22.00 приймає знову максимальне значення, а в час, що залишився, спостерігається зменшення до мінімальних значень. Крім добових графіків, існує міжсезонний. Влітку і взимку дані максимальних і мінімальних порогів також відрізняються.
З наданих навантажень визначається середня потужність. Щоб не допустити завищення встановленої потужності силового агрегату по відношенню до енергосистеми, проводять розрахунок з урахуванням можливого короткочасного перевантаження.
Силовий трансформатор має безліч різновидів систем охолодження. Залежно від цього допускається його перевантаження на різних значеннях і тривалостях. У середньому це значення становить не більше 40% при нетривалому проміжку часу, далі цей час можна збільшити за допомогою зниження рівня завантаженості. Але в будь-якому випадку надалі слід зменшити навантаження і перенести дату капітального ремонту на більш ранній термін.
Потужність силового трансформатора, при якому він працює в номінальному режимі, відповідає 75-80%. Це дозволяє мінімізувати втрати і продовжити термін експлуатації електричної машини. Таким чином, вибір трансформатора зводиться до наступних стадій:
- Визначення потужності споживаної системи.
- Закладається якийсь запас по потужності для розвитку системи.
- Проводиться перевірка по аварійному режиму.
Технічне обслуговування
Для підтримки трансформаторів у працездатному стані потрібен комплекс заходів, які покликані контролювати і усувати дефекти, що з 'являються. Всі ці заходи прописані в паспорті трансформатора (видається заводом-виробником).
Як і будь-який інший пристрій, силові трансформатори схильні до впливу зовнішніх факторів, а також до природного старіння матеріалів самого пристрою. Вчасно виявлені дефекти дозволяють проводити періодичне технічне обслуговування, тому необхідний постійний моніторинг за станом пристрою.
До переліку періодичного обслуговування, яке проводиться не рідше одного разу на рік, входить:
- візуальний огляд;
- контроль рівня олії;
- перевірка стану силікагеля;
- огляд ущільнювальних швів на наявність підтеків.
Всі ці операції проводяться фахівцями без відключення трансформатора від мережі.
Поточний ремонт
Ремонт силових трансформаторів - невід 'ємна процедура при експлуатації даних пристроїв. Роботи з поточного ремонту не вимагають демонтажу трансформатора, транспортування в спеціальні бокси або на завод-виробник. Вони включають процедуру часткового розбирання корпусу, огляд всього пристрою силового трансформатора цілком, заміну всіх ущільнювальних манжеток і прокладок, повірку контрольно-вимірювальних приладів і моніторинг трансформаторного обладнання.
Після закінчення всіх робіт заливається нова трансформаторна олія, проводиться поетапне введення в експлуатацію. Періодичність таких ремонтів залежить від самого трансформатора, в середньому це відбувається раз на 3-4 роки.
Капітальний ремонт
Найдорожчим з усіх видів ремонту вважається капітальний. Він проводиться спеціально навченими людьми в приміщеннях, обладнаних усім необхідним. Трансформатор демонтується з місця експлуатації. Проводиться повне розбирання всіх вузлів і механізмів (регулювання під навантаженням). Замінюється ізоляція міжвіткових сполук, магнітопроводу.
Даний ремонт схожий з капітальним ремонтом двигуна автомобіля, коли всі відповідальні елементи піддаються серйозному доопрацюванню, а часто заміні. Після закінчення всіх робіт проводяться випробування підвищеною напругою. При позитивних результатах ставляться необхідні позначки в паспорті виробу, і трансформатор вводиться в експлуатацію.
Дату першого капітального ремонту визначають за даними періодичного моніторингу. При поганих показаннях трансформатор направляється в ремонт. Як правило, це настає через 20-30 років у разі правильної експлуатації та проведення в строк усіх регламентних робіт.
Вивід
Силові олійні трансформатори - дуже важливий елемент енергетичної мережі. Вартість підстанції на 50-60% складається тільки з вартості цих пристроїв. Вони працюють 24 години на добу і сім днів на тиждень. Тому обслуговування та їх експлуатація повинні виконуватися за всіма вимогами заводу-виробника та відповідних нормативних документів. Пристрій силового трансформатора включає безліч деталей, що робить його одним з найскладніших пристроїв.