Силовые трансформаторы относятся к основному оборудованию электрических сетей и служат для преобразования электроэнергии одного класса напряжения в другой.
Необходимость такого преобразования обусловлена тем, что процессы производства, транспортировки и потребления электрической энергии осуществляются на различных уровнях напряжения. Основная часть электроустановок потребителей электричества рассчитана на относительно низкое его напряжение и фактически распределена по всей поверхности заселённой части Земли.
Традиционное же производство электроэнергии осуществляется на крупных электростанциях, расположенных в точках сосредоточения ресурсов, необходимых для этого производства. Исходя из этого, возникает необходимость передачи большого объёма электрической мощности на значительные расстояния, что сопряжено с огромными потерями.
В целях их минимизации строятся линии электропередачи высокого напряжения, так как повышение напряжения пока остаётся единственной реальной возможностью уменьшить потери. Силовые трансформаторы и являются теми элементами электрических сетей, которые повышают или понижают напряжение транспортируемой электроэнергии. Силовыми они называются по той причине, что основным их предназначением является передача энергии.
Принцип работы силового трансформатора использует явление электромагнитной индукции. При работе трансформатора происходит двухэтапное преобразование электрической энергии. Вначале электрическая энергия преобразуется в магнитную энергию. Магнитная энергия, в свою очередь, вновь преобразуется в электроэнергию, но уже имеющую другое напряжение.
В простейшем случае двухобмоточного трансформатора источником электромагнитной индукции служит первичная обмотка, намотанная на электромагнитном сердечнике — магнитопроводе. Магнитопровод, изготовленный из магнитоактивного материала осуществляет передачу энергии расположенной на нём же вторичной обмотке.
Происходит это за счёт того, что магнитный поток, вызванный протеканием тока в первичной обмотке, вызывает появление ЭДС индукции во вторичной обмотке, что приводит к возникновению в ней электрического тока.
Соотношение напряжений в обмотках трансформатора равно соотношению количества витков в этих обмотках. Таким образом, подобрав нужное количество витков первичной и вторичной обмотки можно добиться трансформации исходной электроэнергии с требуемым уровнем напряжения.
Разновидности силовых трансформаторов
Силовые трансформаторы классифицируются по нескольким основным признакам:
- по количеству обмоток;
- номинальным напряжениям ступеней трансформации;
- по режиму работы — повышающие или понижающие.
Количество фаз электросетевых силовых трансформаторов, как правило, равно трём. Наибольшее распространение получили трансформаторы с двумя и тремя обмотками. Ступени трансформации обычно обозначают ВН и НН для двухобмоточных и ВН, СН, НН для трёхобмоточных трансформаторов.
Режимы повышения или понижения напряжения определяются исходя из направления передачи электрической мощности. Если мощность (соответственно и энергия) передаётся от обмотки НН к обмотке ВН, трансформатор является повышающим. Обычное место установки таких трансформаторов — электрические станции, где напряжение электроэнергии, выработанной генератором, повышается для дальнейшей её транспортировки по высоковольтной линии.
Понижающие трансформаторы устанавливаются в узлах потребления электроэнергии, то есть там, где её напряжение необходимо понизить для непосредственной подачи потребителю.
Отдельный класс трансформаторного оборудования составляют автотрансформаторы. Различие трансформатора и автотрансформатора заключается в том, что обмотки трансформатора гальванически не связаны между собой, то есть связь осуществляется только через магнитное поле. Автотрансформатор, по сути, имеет одну обмотку с отпайками на разные уровни напряжений.
Такая конструкция позволяет добиться существенной экономии при изготовлении оборудования, хотя и создаёт ряд нюансов в вопросах эксплуатации и электробезопасности.
