Виды трансформаторов для подстанций: описание, типы, назначение

В энергетике, радиоэлектронной, радиотехнической промышленности и в бытовой сфере постоянно возникает необходимость преобразования переменного тока из одного напряжения в другое. С этой задачей отлично справляются трансформаторы различных модификаций и конструкций. Разнообразие характеристик и параметров позволяет расширить функционал агрегата или выполнить более точную настройку под нужды потребителя. Самая подробная классификация трансформаторов – в этом материале.

Классификация по назначению

Каждый из видов трансформаторов для ТП выполняет определенные задачи.

Силовой трансформатор

Это установка, которая используется для преобразования высоких мощностей и подачи токов по воздушным высоковольтным линиям, где показатели напряжения могут достигать 1150 кВ. Посредством силовых трансформаторов удастся снизить энергопотери и обеспечить потребителей напряжением с заданными параметрами мощности без изменения частоты электроэнергии. В городских электросетях силовые устройства применяются для снижения первичного напряжения до 220-380 В. Конструкция трансформатора может включать от 1 до 3 обмоток, количество которых прямо пропорционально мощности энергосистемы. Районные и региональные электростанции оснащают силовыми трехфазными установками мощностью до 4000 кВ.

Измерительный трансформатор

Основная задача этого вида оборудования – измерить и проконтролировать определенные параметры сети высокого напряжения. Используется в тех случаях, когда внедрить в систему измерительный прибор невозможно, очень сложно или опасно для обслуживающего персонала. Измерительные трансформаторы отличаются повышенной точностью и регулярно подвергаются проверке на метрологические характеристики. В зависимости от измеряемого значения выделяют трансформаторы:

• Тока – контролируют и анализируют нагрузки, протекающие в электросистеме с высоковольтным оборудованием. Постоянно работают в условиях короткого замыкания, поэтому их конструкция включает элементы, ограничивающие входную мощность. Измерительные трансформаторы тока выступают более практичной альтернативой амперметрам – благодаря конструкции раздвижного магнитопровода удается снять показания тока без разрыва электроцепи. В классификации устройств также выделяют трансформаторы заземляемые, незаземляемые, каскадные и емкостные;
• Напряжения – подключаются к системе высокого или низкого напряжения и работают в режиме холостого хода с низкими значениями исходящей нагрузки. Трансформаторы этого вида создают целую систему, отвечающую за измерение, фильтрацию и анализ различных векторов напряжения. Данные от измерительных преобразователей поступают на защитные, сигнальные и блокировочные установки, включая или отключая их в случае скачков напряжения. В свою очередь, трансформаторы напряжения подразделяются на встроенные, опорные, проходные, втулочные, шинные и разъемные.

Сетевой трансформатор

Это агрегаты понижающего типа, которыми оснащаются разнообразные электроприборы, чаще всего бытовые. Задача сетевого трансформатора – снизить входное напряжение до оптимальных для бытового прибора значений (5, 12, 24 или 48 В). Сетевые трансформаторы иногда снабжают несколькими вторичными обмотками для подачи напряжения в разные части электросхемы. Современные аппараты производят из набора пластин электротехнической стали на тороидальных сердечниках, что позволяет получить более компактный агрегат.

Виды специализированных трансформаторов

Это трансформаторные устройства, предназначенные для решения узконаправленных задач электросистемы.

• Автотрансформатор. Устройство, обмотки которого связаны между собой как по электрическому, так и по магнитному принципу. Единственная обмотка имеет несколько выводящих линий для получения токов с разными показателями напряжения. По сути это компактный трансформатор понижающего вида, который обладает меньшей стоимостью за счет экономии на обмотке. Агрегаты внедряют в устройства автоматического управления, в высоковольтные электросети, соединяя обмотки по схеме звезды или треугольника. Одна из разновидностей модели – лабораторный автотрансформатор, позволяющий плавно регулировать напряжение, поставляемое потребителю. Применяется в пусконаладочных системах для точной настройки электрооборудования.
• Сварочный. Предназначен для подключения к сварочным аппаратам и преобразования токов высокого напряжения в низкие. Такие трансформаторы востребованы в строительной промышленности для монтажа металлических конструкций – арматуры, труб, узлов. Первичная обмотка сварочного трансформатора принимает входящие токи, намагничивая магнитопровод, а вторичная обмотка индуцирует переменный ток до необходимых значений.
• Импульсный. Предназначен для трансформации тока и напряжения импульсных сигналов с минимальными искажениями показателей на выходе. Этот вид трансформаторов особенно востребован в радиоэлектронике, триодных генераторах, дифференцирующих модулях. В электросетях импульсные устройства играют роль защитных элементов при коротких замыканиях вследствие избыточного нагрева или чрезмерной нагрузки. По конструкции различают бронестержневые, броневые, тороидальные, стержневые импульсные трансформаторы.
• Разделительный. Состоит из двух обмоток одинаковой конструкции, не связанных между собой и создающих одинаковое напряжение на входе и на выходе. Используется в целях повышения надежности электросетей, обеспечения электрической безопасности и гальванической развязки электроцепи.
• Согласующий. Согласовывает показатели сопротивления токов в разных звеньях электросхем с минимальными изменениями первоначальных показателей. Трансформаторы такого типа применяются также для блокирования гальванического взаимодействия в разных участках электросистемы.
• Высокочастотный. Способен передавать высокоточные сигналы за счет особого материала обмотки – с использованием ферритов, модифицированного кремнием или никелем железа. Подобные сплавы обладают низкой диэлектрической проницаемостью, линейностью характеристик передачи электроэнергии и способностью к локализации возникающих помех. Высокочастотные трансформаторы входят в конструкции распределительных устройств, установок возобновляемой энергетики, промышленных приводов и пр.
• Пик-трансформатор. Преобразует энергетические потоки синусоидальной формы, подаваемые на первичную обмотку, в разнополярные импульсы заданной частоты на выходе вторичной обмотки. Кратковременные импульсы напряжения с пиками и спадами лежат в основе работы полупроводниковых и газоразрядных приборов.

Классификация по типу охлаждения

Предотвратить перегревание трансформаторов помогает особая среда, в которую погружают сердечник устройства. В качестве охладителей используются составы-диэлектрики, выступающие основой данной классификации.

Виды трансформаторов по материалу диэлектрика:

• Масляные. В качестве охладителя используется жидкая среда – трансформаторное масло. Наличие специального расширителя позволяет диэлектрику балансировать между температурными перепадами во время активной работы устройства – в интервале от -60 °С до +40 °С.
• Сухие. В эту группу входят трансформаторы с воздушным охлаждением – тепло отводится путем естественного движения потоков воздуха. Такие аппараты устанавливают на участках с повышенными требованиями к безопасности персонала и оборудования, в системах электроснабжения жилых зданий, транспортных средств, на бумажном и нефтеперерабатывающем производствах. Для снижения гигроскопичности устройств витки пропитывают специальными лаками или эпоксидной смолой.
• Жидкостные. Охладителем служат различные виды теплообменной жидкости – негорючие диэлектрики или дистиллированная вода. Жидкими диэлектриками чаще всего заполняют сердечники трансформаторов высокой мощности.

Другие классификации трансформаторов

Также трансформаторы классифицируют по следующим характеристикам.

Виды по системе обмоток:

• Однообмоточный – между входящей и исходящей обмотками сохраняются электрическая и магнитная связи;
• Двухобмоточный – функционирует на основе двух электрически не связанных обмоток;
• Многообмоточный – может иметь до десяти вторичных обмоток, где параметры тока первичной обмотки определяются количеством витков вторичной.

Самыми распространенными видами трансформаторов считаются четырех- и пятиобмоточные.

Виды по количеству фаз:

• Однофазные;
• Многофазные (чаще всего 3 или 6 фаз).

Виды по величине электрического напряжения:

• Низковольтные – с рабочим напряжением в интервале 1000-1500 В (используются преимущественно в радиоэлектронике);
• Высоковольтные – поддерживают рабочее напряжение до 4000 кВ (силовые трансформаторы).

Виды по частоте токов:

• Высокой частоты – свыше 100 кГц;
• Ультразвуковой частоты – свыше 10 кГ;
• Повышенной – работают в диапазоне 100-10000 Гц;
• Промышленной частоты – 50 Гц;
• Пониженной частоты – до 50 Гц.

Виды по месту монтажа:

• Внутренние;
• Наружные.

Виды по сроку службы (учитывается суммарное количество рабочих часов трансформатора):

• Кратковременного использования – эксплуатируются без потери характеристик в течение одного часа, используются в ракетной аппаратуре;
• Короткого срока службы – способны бесперебойно работать на протяжении 300-500 часов, внедряются в корабельное и наземное оборудование;
• Пролонгированного пользования – срок службы достигает 10 тысяч и более часов, устанавливаются на объектах общепромышленного, бытового, жилого назначений.

Трансформаторные системы, их виды и модификации постоянно развиваются и модернизируются, повышая надежность, безопасность и мультифункциональность энергообеспечения.