Сущность и принцип действия трансформатора как трансформаторного элемента электрической сети

Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

В простейшем случае трансформатор имеет одну первичную обмотку, к которой подводится электрическая энергия, и одну вторичную обмотку, от которой энергия отводится к потребителю (нагрузке). Передача энергии из одной обмотки в другую производится путем электромагнитной индукции. Для усиления электромагнитной связи между обмотками, последние обычно располагаются на замкнутом ферромагнитном сердечнике.

Трансформатор с одной первичной и с одной вторичной обмоткой называется двухобмоточным. Во многих случаях применяются трансформаторы с несколькими первичными или вторичными обмотками. Такие трансформаторы называются многообмоточными.

Чаще всего применяются однофазные и трехфазные трансформаторы. Трансформаторы с другим числом фаз используются в специальных устройствах. В зависимости от назначения трансформаторы имеют некоторые особенности в конструкции и режимах работы.

Двух-, трёхобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы.

Рис.1. Схемы подстанций с тремя номинальными напряжениями:

а - два двухобмоточных трансформатора; б - трехобмоточный трансформатор; в – автотрансформатор

Силовые трансформаторы бывают масляные и сухие. В масляных трансформаторах сердечник с обмотками помещают в бак с трансформаторным маслом, которое выполняет одновременно роль электрической изоляции и охлаждающего агента. Однако трансформаторное масло является горючим, в связи с чем, при аварии таких трансформаторов существует определенная опасность возникновения пожара. Поэтому в общественных и жилых зданиях, а также в ряде других случаев применяются сухие трансформаторы, охлаждение которых осуществляется воздухом.

Силовые трансформаторы выпускаются в соответствии с рядом номинальных мощностей. Номинальная мощность трехфазного трансформатора определяется номинальным током и номинальным напряжением

Параллельная работа трансформаторов.

В системах электроснабжения промышленных предприятий во многих случаях эксплуатации электрооборудования возникает необходимость параллельной работы трансформаторов. Параллельная работа трансформаторов с нагрузками, пропорциональными их номинальным мощностям, возможна при следующих условиях:

- равенство первичных и вторичных напряжений (равенство коэффициентов трансформации в пределах стандартных допусков);

- равенство напряжений КЗ (в пределах стандартных допусков);

- тождественность групп соединения обмоток.

Параллельно могут работать трансформаторы в следующих сочетаниях:

- только двухобмоточные;

- только трехобмоточные на всех трех обмотках;

- двухобмоточные с трехобмоточными, если эксплуатирующей организацией предварительным расчетом установлено, что ни одна из обмоток параллельно соединенных трансформаторов не нагружается выше ее нагрузочной способности на тех ответвлениях и в тех режимах, в которых предусматривается параллельная работа.

При включении на параллельную работу трансформаторов с различными коэффициентами трансформации напряжения на зажимах их вторичных обмоток будут различными.

Перенапряжения в трансформаторе.

При работе электрических сетей в них возникают кратковременные импульсы напряжений, величины которых могут во много раз превышать нормальные рабочие напряжения. Такие импульсы напряжений называются перенапряжениями. Перенапряжения вызываются различными причинами: 1) коммутационными операциями (включение и выключение линий, трансформаторов и вращающихся электрических машин); 2) замыканиями на землю через электрическую дугу; 3) грозовыми разрядами непосредственно в линиях электропередачи или вблизи от них. В последнем случае высокое напряжение в проводах линии электропередачи индуктируется токами молнии. Наиболее опасными обычно являются атмосферные перенапряжения, вызываемые грозовыми разрядами. Амплитуды атмосферных перенапряжений достигают значений, измеряемых миллионами вольт.

Перенапряжения имеют характер кратковременных апериодических или периодических импульсов или волн. Возникающие на каком-либо участке сети волны перенапряжения распространяются по воздушным линиям электропередачи со скоростью, близкой к скорости света, и достигают подстанций с установленным на них оборудованием, в том числе трансформаторов. Для защиты электрических сетей и подстанций от перенапряжений устанавливаются разрядники, существенным элементом которых являются искровые промежутки. Одни полюсы искровых промежутков соединены с линией, а другие — с землей. При перенапряжениях искровой промежуток пробивается и электрический заряд волны перенапряжения отводится в землю. Однако волна перенапряжения при этом полностью не исчезает, так как величину искрового промежутка необходимо выбрать настолько большой, чтобы после отвода заряда волны перенапряжения в землю на искровом промежутке не возникла электрическая дуга под воздействием нормального рабочего напряжения сети.

Возникновению этой дуги способствует ионизация искрового промежутка под воздействием разряда волны перенапряжения. Поэтому разрядники обеспечивают снижение амплитуд волн перенапряжений до значений, которые все же в несколько раз превышают нормальное рабочее напряжение. Такие волны перенапряжений также достигают трансформаторов.