Сегодня мы поговорим о трансформаторах в энергосистеме. О его функциях, назначении и влиянии. Про устройство напомню кратенько, об этом и так много где пишут и рассказывают.
Напомню про принцип работы трансформатора. У нас есть замкнутый магнитопровод (изготавливается из пластин электротехнической стали, нужен для проведения магнитного потока). С одной стороны намотана обмотка с количеством витков w1, с другой стороны обмотка с количеством витков w2.
На данной картинке изобразили почему-то одинаковое число витков, но да не суть важно, в общем случае w1 и w2 различно. На первичную обмотку подано напряжение u1 переменного тока i1. У вторичной обмотки соответственно u2 и i2. В обмотках наводятся ЭДС e1 и e2. И ещё момент. На рисунке показано, что со стороны u1 подаётся питание, это питающая сторона. А к другой обмотке подключена нагрузка, с той стороны энергия потребляется. И ЭДС действительно наводится и в одной, и во второй обмотке. Только e1 служит источником для создания магнитного потока, который, в свою очередь, наводит ЭДС e2. А там уже по известным законам получается ток и напряжение во вторичной обмотке.
Формул приводить не буду, если надо, за формулами нетрудно сходить в учебник по физике или электрическим машинам, или хотя бы по станциям.
Где повышающий, где понижающий?
Отличаются ли трансформаторы понижающие от повышающих? По большому счёту, нет. Конструктивно трансформатор и трансформатор, только ВН с НН не перепутай (да это и невозможно). Получается, что "понижающий и повышающий" - это не про конструкцию и исполнение, а про назначение.
Сейчас немножко отвлекусь на термины и обозначения. Когда мы говорим о трансформаторах и о подстанциях, говорим: сторона ВН (НН), обмотка ВН (НН). Это сторона высшего и низшего напряжения. Вот именно так. Высшего и низшего. Не спрашивайте почему, не знаю, так исторически сложилось. А бывают ещё трансформаторы с обмоткой СН, то есть обмоткой среднего напряжения. Здесь просто среднее, никакого среднейшего в русском языке нет вообще.
И да, ещё. Пожалуй, это будет студентам на заметку. Естественно, высшее и низшее напряжение - это терминология, классическая, теоретическая. Люди на местах чаще говорят "на высокой стороне, по высокой стороне, на низкой стороне". Вот как-то так. Но вернёмся к теме.
Повышающие трансформаторы. Если мощность направлена со стороны НН к ВН, то есть источник энергии находится со стороны НН. Это, чаще всего, трансформаторы электростанций. Генераторное напряжение обычно не очень высокое, бывают 6, 10, 15 кВ, до 75 кВ. А передавать надо на напряжении 110 кВ и выше. Вот и стоят при станциях повышающие трансформаторы. Могут быть где-то ещё, но не соображу даже, где.
И у таких станционных трансформаторов есть ещё одна интересная особенность. Вернее, нет. У них нет устройства РПН, позволяющая регулировать напряжение на выходе трансформатора. Но поскольку на шинах электростанций напряжение регулируется генераторами, то устройство РПН просто не нужно.
Понижающих трансформаторов гораздо больше, самых разных видов. Все нужны, чтобы преобразовать ток более высокого напряжения в, так сказать, более близкий к маленькому потребителю. Ну не будем же мы заряжать смартфоны от 10 кВ! Да и стиралку к нему не сильно-то подключишь. Вот и получается, со 110 кВ или выше на 35, 6-10 кВ, а с него на 0,4 кВ. Бывают трансформаторы трёхобмоточные, соответственно, с тремя номинальными напряжениями, например, 110/35/10 кВ. Но я видела интересные экземпляры с номинальными напряжениями 110/10/6 кВ, редкая штучка на весьма почтенной подстанции.
Короче, в понижающих трансформаторах мощность направлена со стороны высшего напряжения к низшему.
Типов и конструкций трансформаторов множество, но я бы хотела отдельно поговорить только об одном подвиде - автотрансформаторах.
Автотрансформаторы
Основная особенность автотрансформаторов (АТ) заключается в том, что вторичная обмотка является частью первичной обмотки (см. рисунок ниже).
Если в обычном трансформаторе связь между обмотками только магнитная, то здесь она и магнитная, и электрическая. Но. У АТ три напряжения. Вот на схеме выше показаны, получается, ВН и СН. Обмотку НН делают отдельной, как у обычного трансформатора.
На данной схеме это и показано. ВН и СН связаны электрически и магнитно, а НН намотана отдельно. Из-за этого получается, что у высокой и средней стороны должны быть одинаковые схемы соединения обмоток и режимы работы нейтрали в сетях. А вот НН можно намотать какую угодно, в данной случае треугольник с изолированной нейтралью. Но это всё так, особенности, особо полезные для понимания будущим специалистам.
Из-за указанных особенностей автотрансформаторы являются более эффективными, поэтому их чаще применяют в сетях 220 кВ и выше. Кстати, на первой фотографии в статье как раз АТ и показан. Не знаю точно, у него ВН вполне может быть 500 или 750 кВ. Соотношения напряжений могут быть разные: 500/220, 330/110, 220/110, 750/330 и пр. Может найтись даже такая дикость, как 330/220, не знаю даже существуют такие АТ или нет. Но создать можно любой. Это штучный товар, их всегда делают под заказ, поэтому могут сделать с любыми характеристиками.
Так как автотрансформаторы стоят, в большинстве своём, в магистральных сетях или на выдаче мощности в сеть у больших станций, то их мощности, соответственно, тоже немаленькие. Если взять советский справочник номенклатуры оборудования, то мощности АТ там начинаются с 135000 кВА.
P.S. Полезно заглядывать в справочники. Нашёлся там АТ 330/220 с богатым выбором возможных напряжений НН. Значит, это был вполне себе серийный автотрансформатор и, видимо, не такая уж и редкость
И раз уж коснулись номенклатуры трансформаторов, то и о маркировке чуток хотелось сказать.
Маркировка трансформаторов
Если честно, более толковой маркировки я, пожалуй, не встречала ни у каких других промышленных товаров. В маркировке место буквы и её значение точно указывают, какого типа трансформатор, с какой изоляцией и системой охлаждения и прочие конструктивные особенности. То есть только глянув на маркировку, ты понимаешь, какого он типа и вообще всё про него, не надо лезть в спецификацию. Система оказалась настолько удобной, что её применяют и отказываться не собираются, хотя способ организации производства трансформаторов, конечно, изменился кардинально.
В СССР была единая система производства, с единой номенклатурой изделий. То есть, например, нужен трансформатор ТРДН-16000 110/10, и вот его тебе выпустит один из, скажем, четырёх заводов. Другой вопрос, что физическая реализация может различаться в мелочах, но, по идее, не должна была. Этот момент конкретно не могу знать. Теперь заводы каждый сам по себе выпускают трансформаторы, у кого хочешь заказывай, можешь выбирать по каким-то особым соображениям. Однако серийные трансформаторы примерно теми же и остались. И даже если создадут нечто совершенно уникальное, то и оно в этот способ маркировки впишется.
И ещё один интересный момент. Году в 2007-м мы, будучи на старших курсах института, решили посмотреть какие трансформаторы предлагает Сименс. Каталоги тогда у них на сайте ещё были, сейчас как-то не очень. Ну, в общем, маркировки у них были свои. А буквально лет через пять смотрели, у них маркировок уже две - своя и наша. Видимо, не шли особо их трансформаторы, а может, с сертификацией им гайки закрутили, пришлось.
В заключение хочу добавить, что трансформаторы - это важная часть не только сетей, но всей системы в целом. И, если я ничего не путаю, достаточно надёжная. Выходят из строя, конечно, трансформаторы иногда, но всё же реже, чем, например, ЛЭП.
Надеюсь, данное чтиво было интересным и полезным. Не забывайте поддержать лайком и вопросы в комментариях оставить, если будут, конечно. Всем тепла и света!