Қуат жүйелерінде кеңінен қолданылатын трансформаторлардың негізгі түрлері қандай?

Түсіну трансформатор түрлері электрлік инженерлердің сүйенетін осы білім қуат жүйелерін жобалауға, инфрақұрылымды жоспарлауға немесе өнеркәсіптік объектілерді басқаруға қатысатын кез келген адам үшін өте маңызды. Трансформаторлар — қазіргі заманғы электр желілерінің негізі болып табылады және олар қуатты тасымалдау, тарату және соңғы пайдалану сатыларында тиімді кернеу түрлендіруді қамтамасыз етеді. Дұрыс таңдалған трансформатор түрін дұрыс қолдану аймағымен сәйкестендірмеген жағдайда қуат жүйелері энергия шығынына, жабдықтардың зақымдануына және қоректендірудің сенімсіздігіне ұшырайды.

Трансформаторлардың түрлерінің ландшафты — электр мамандары жұмыс істейтін кең ауқымды конструкциялар жиынтығын қамтиды, олар әртүрлі кернеу деңгейлеріне, жүктеме жағдайларына және экологиялық талаптарға сәйкес әзірленген. Трансмиссиялық кернеуді төмендететін үлкен күштік трансформаторлардан бастап, коммерциялық ғимараттарға қызмет көрсететін компактты тарату құрылғыларына дейін әрбір санат электр энергиясын беру тізбегінде нақты рөл атқарады. Бұл мақала электр энергетикалық жүйелерінің негізін құрайтын ең кең тараған трансформаторлардың түрлерін талдайды және олардың құрылысын, қызметін және олардың жалпы желілік архитектурада қайда орналасатынын түсіндіреді.

Трансформаторлардың негізгі классификациясы: электр энергетикалық жүйелерінде қолданылатын трансформаторлар

Кернеу функциясы бойынша классификация

Трансформаторлардың түрлерін электрлік жүйелерде классификациялаудың ең негізгі әдісі — олардың кернеу түрлендіру функциясы бойынша. Кернеуді көтеретін трансформаторлар кернеуді төмен деңгейден жоғары деңгейге дейін көтереді; бұл электр станцияларында өте маңызды, өйткені электр энергиясын ұзын аралықтардағы кедергілік шығындарды азайту үшін жоғары кернеудегі берілетін желілерге беру қажет. Кернеуді төмендететін трансформаторлар кері процесті орындайды: жоғары берілетін кернеуді тарату желілеріне немесе тікелей тұтынушыларға қолдануға ыңғайлы деңгейге дейін төмендетеді.

Изоляциялық трансформаторлар кернеуді өзгерту үшін емес, электрлік тізбектердің бір-бірінен изоляциялау үшін негізінен қолданылатын үшінші функционалдық санатты ұсынады. Бұлар қоректендіру мен жүктеме арасында гальваникалық бөлу қауіпсіздік немесе сигналдың бүтіндігі үшін қажет болатын сезімтал өнеркәсіптік және медициналық орталарда кеңінен қолданылады. Бұл кернеу-функциялық жіктелуді түсіну — электр инженерлері әрбір нақты жоба үшін дұрыс трансформатор түрлерін таңдаудың бастапқы нүктесі болып табылады.

Автотрансформаторлар бұл жіктелуде ерекше орын алады. Дәстүрлі екі орамды конструкциялардан айырмашылығы, олар біріншілік және екіншілік тізбектер арасында жалпы бір орамды пайдаланады, сондықтан олар кернеу қатынасының қатысты аз өзгерісі қажет болатын қолданыстар үшін компактты және құны төмен болады. Олар өнеркәсіптік кәсіпорындарда электр қозғалтқыштарын іске қосу тізбектері мен кернеуді реттеу қолданыстарында кеңінен кездеседі.

Орам құрылысы бойынша жіктелу

Негізгі құрылыс — бұл электрлік жобалаушылардың трансформаторлардың түрлерін бағалайтын тағы бір анықтаушы сипаттамасы. Негізгі типті трансформаторлар орамдарды орталық магниттік өзекке орау арқылы жасалады, бұл қарапайым құрылыс пен қолайлы жөндеу мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Қабықты типті трансформаторлар орамдарды магниттік өзекпен қоршайды, бұл механикалық қолдауды жақсартады және қысқа тұйықталу жағдайларында жақсарған жұмыс істеу қабілетін қамтамасыз етеді.

Негізгі типті немесе қабықты типті құрылысты таңдау сыйымдылық реактивтілігін, қысқа тұйықталуға төзімділігін және жалпы физикалық көлемін әсер етеді. Ауытқу станцияларындағы ірі қуатты трансформаторлар үшін негізгі типті конструкциялар масштабтауға ыңғайлы болғандықтан және олардың өндіріс базасы дәстүрлі болғандықтан басымдылыққа ие. Қабықты типті конструкциялар көбінесе арнайы жоғары токты, төмен кернеулі қолданыстар мен өнеркәсіптік процестерде қолданылатын кейбір пештік трансформаторларда кездеседі.

Қуатты трансформаторлар және олардың берілу желілеріндегі рөлі

Жоғары кернеулі қуатты трансформаторлар

Трансформаторлардың барлық түрлері ішінде электр желілері жоғары кернеумен жұмыс істейтін күштік трансформаторларға ең көп сенеді, өйткені олар қуаттылығы мен салдары бойынша ең маңызды болып табылады. Бұл қондырғылар 66 кВ-тан 765 кВ-қа дейінгі немесе одан да жоғары токты беру кернеулерінде жұмыс істейді және жүздеген мегавольт-амперлік қуат ағысын өткізеді. Олар генерациялық станцияларда және ірі желілік трансформаторлық подстанцияларда орнатылады және генерациялық активтер мен жоғары кернеулі токты беру желісінің негізгі аралығын құрайды.

Бұндай класстың күштік трансформаторлары жоғары температуралық және электрлік кернеуге төзімді тұрақты жұмыс істеуге арналып жобаланған. Олардың изоляциялық жүйелері, әдетте май-қағаз негізінде орындалады, және дұрыс күтімді қамтамасыз еткен жағдайда ондаған жылдар бойы қызмет етуге қабілетті болып келеді. Трансформатордың номиналды қуаты мен орнатылу орнының ауа райы жағдайларына қарай ONAN (май – табиғи, ауа – табиғи), ONAF (май – табиғи, ауа – мәжбүрлі) және OFAF (май – мәжбүрлі, ауа – мәжбүрлі) сияқты суыту жүйелері таңдалады.

Жоғары кернеумен жұмыс істейтін күштік трансформаторлардың сенімділігі тікелей желінің тұрақтылығын анықтайды. Бұл деңгейде ақау пайда болса, ол миллиондаған тұтынушыларды қамтитын кең таралған өшірулерге әкелуі мүмкін, сондықтан бұндай трансформаторлармен жұмыс істейтін электр құрылғыларын басқаратын активтерді басқарушылар үшін күйді бақылау, еріген газдарды талдау және периодтық сынақтар — стандарттық практика.

Генератордың кернеуін көтеретін трансформаторлар

Генератордың кернеуін көтеретін трансформаторлар (ГКТ) — электр энергиясын өндіретін құрылғылар үшін қажетті күштік трансформаторлардың арнайы түрі. ГКТ-тар генератор мен берілетін желі арасында тікелей орналасады және генератордың шығыс кернеуін — әдетте 11 кВ пен 25 кВ арасында — берілетін желі кернеуі деңгейіне дейін көтереді. Олардың конструкциясы қосылған генератордың нақты импеданстық сипаттамалары мен желінің ақаулы ток деңгейлерін ескере отырып жасалуы керек.

ГСУ-ларға өндіріс шығысының сұранысқа немесе жаңартылатын энергия ресурстарының қолжетімділігіне байланысты жиі өзгеруі салдарынан жиі жүктеме циклы әсер етеді. Бұл олардың орамдарының изоляциясы мен таптауыштар механизмдерінің маңызды конструкциялық факторлар болуына әкеледі. Электр энергетикалық жүйелерді жоспарлаушылар үшін ГСУ кезеңінде электр энергиясын өндіру активтеріне қажетті трансформаторлардың дұрыс түрлерін таңдау электр станциясының жалпы пайдалы әсер коэффициенті мен желіге қосылу талаптарына сәйкестігіне тікелей әсер етеді.

Коммерциялық және өнеркәсіптік жүктемелерді қамтамасыз ететін тарату трансформаторлары

Сұйықпен толтырылған тарату трансформаторлары

Тарату трансформаторлары — электр инфрақұрылымына кіретін ең кең таралған трансформатор түрлерінің бірі болып табылады; кез келген дамыған электр желісінде олар миллиондаған данаға жетеді. Сұйықпен толтырылған тарату трансформаторлары изоляция мен суыту үшін минералды май немесе альтернативті диэлектрлік сұйықтарды қолданады. Олар тұрғын үй аудандарын, коммерциялық аудандарды және жеңіл өнеркәсіптік құрылыстарды қамтамасыз ететін ашық алаңдарда орнатылатын (жерге орнатылатын) және бағанға орнатылатын трансформаторлар үшін стандартты таңдау болып табылады.

S11 сериясы — электр желілері мен өнеркәсіптік операторлардың сенімді орта кернеуден төмен кернеуге түрлендіру үшін белгілеп отырған, жақсы қалыптасқан сұйықтықпен толтырылған тарату трансформаторларының тобын білдіреді. Бұл қондырғылар жоғары сенімділікті қамтамасыз ету үшін жүктемесіз жұмыс кезіндегі шығындарды азайтуға бағытталған. Себебі тарату трансформаторлары жүктеме деңгейіне қарамастан үнемі қосылып тұрады. Тарату трансформаторларының үлкен паркі бойынша жүктемесіз жұмыс кезіндегі шығындарды азайту тікелей өлшенетін энергия үнемдеуі мен активтің пайдалану мерзімі ішінде көміртегі шығарылуының төмендеуіне алып келеді.

Сұйықтықпен толтырылған қондырғылар сонымен қатар жақсы зерттелген жөндеу экожүйесінің арқасында пайдаға ие болады. Май сынамасын алу, ылғалдылық талдауы және периодты тексеру — бұлар қажетті тәртіппен басқарылса, қызмет көрсету мерзімін 25 жылдан да асырып, ұзаққа созатын рутинды процедуралар. Трансформаторлардың көптеген түрлерін басқаратын операторлар үшін электр тарату желілеріне сүйенетін бұл жөндеуге қол жетімділік өмірлік цикл бойынша шығындарды төмендетудің маңызды артықшылығы болып табылады.

Құрғақ Типті Тарату Трансформаторлары

Құрғақ типтегі трансформаторлар отын қауіпі немесе май төгілуінен болатын экологиялық ластануға қатты қатынасы бар ішкі орнатулар үшін электр инженерлері таңдайтын негізгі трансформатор түрлері болып табылады, өйткені олар сұйық диэлектриктердің орнына ауа немесе смола қабықшасын қолданады. Олар көбінесе коммерциялық ғимараттарда, ауруханаларда, деректер орталықтарында, жер асты станцияларында және теңіз платформаларында орналасқан.

Құйылған смолалы құрғақ типтегі трансформаторлар ылғалды немесе ластанған ортада ерекше берік жұмыс істейді. Эпоксидті смола орамдарды ылғалдың енуі мен химиялық әсерден қорғайды, сондықтан қиын жағдайларда пайдалану мерзімі ұзақарады. Құрғақ типтегі қондырғылардың бастапқы құны көбінесе сәйкес маймен толтырылған қондырғыларға қарағанда жоғары болса да, олардың от қауіпінің төмендеуі мен майды сақтау құрылғысын қажет етпеуі сезімтал немесе тығыз орналасқан орнатуларда қосымша шығынды оправданады.

Желдетілетін құрғақ типті трансформаторлар осы санаттағы трансформаторлардың тиімдірек нұсқасын құрайды және олар суыту үшін табиғи немесе мәжбүрлеп желдету арқылы жұмыс істейді. Бұл трансформаторлар таза, бақыланатын ішкі орталарға арналған және трансформатор типтерін электрлік жобалаушылар қатаң кеңістік пен қауіпсіздік шектеулерін қанағаттандыруы керек болатын коммерциялық ЖЖК (жылу-желдету-кондиционерлеу) жүйелерінде, өнеркәсіптік электр қозғалтқыштарын басқару орталықтарында және жаңартылатын энергия инверторлық станцияларында кеңінен қолданылады.

Электр инженерлері ерекше қолданыстар үшін анықтайтын арнайы трансформатор типтері

Өлшеуіш Трансформаторлар

Өлшеу трансформаторлары — бұл электрлік қорғаныс пен өлшеу жүйелеріне сүйенетін трансформаторлардың айрықша тобы. Ток трансформаторлары (ТТ) мен кернеу трансформаторлары (КТ немесе ПТ) жоғары деңгейдегі ток пен кернеуді қорғаныс релелері, энергия санағыштары және бақылау құрылғылары қауіпсіз өңдей алатындай стандартталған төмен деңгейлі сигналдарға дейін кемітеді. Дәл өлшеу трансформаторлары болмаған жағдайда жоғары кернеулі электр энергиясы жүйелерінің өлшеуі мен қорғанысы іске асырылмайды.

Өлшеуіш трансформатордың дәлдік класы — маңызды сипаттама. Есептеу класындағы ТТ және ТК өзіндік жүктеме диапазонында қатынас пен фазалық бұрыш қателерін тұрақты ұстап, есепке алу дәлдігін қамтамасыз етуі керек. Қорғаныс класындағы құрылғылар қысқа тұйықталу кезінде бастапқы токтар номинал мәннен бірнеше есе артқан кезде де дәлдікті сақтауға бағытталған. Дәлдік класын дұрыс таңдау — электрлік қорғаныс инженерлерінің осы трансформатор түрлерін сипаттағанда ең маңызды шешімдерінің бірі.

Пеш және Түзеткіш Трансформаторлары

Электрдоғалық пештегі болат өндіру, электрхимиялық рафинадау және ірі масштабды түзеткіш орнатулар сияқты өнеркәсіптік процестер үшін трансформаторлық типтегі электр жабдықтарын өндірушілер жоғары ток, төмен кернеу шығысы мен ерекше қысқа тұйықталуға төзімділік қабілетіне ие болатындай етіп арнайы жобалайды. Пештік трансформаторлар электрдоғалық пештердің жұмысы кезінде туындайтын қатты және болжанбайтын жүктеме тербелістерін, соның ішінде кәдімгі тарату трансформаторларын зақымдайтын жиі қысқа тұйықталулар мен тез жүктеме тербелістерін төзуге тиіс.

Түзеткіш трансформаторлар алюминий балқыту, хлор өндіру және тұрақты токтағы тарту жүйелерінде қолданылатын үлкен түзеткіш көпірлеріне айнымалы ток қуатын береді. Олардың конструкциясында қосалқы желілердің көптеген орамдары бар, олар белгілі фазалық ығысуға ие болып, электр желісіндегі гармоникалық бұрмалауларды азайтады. Бұлар – электрлік өнеркәсіптік инженерлердің кездестіретін ең күрделі техникалық трансформатор түрлерінің бірі болып табылады; жоғары деңгейдегі жүйелік өнімділікті қамтамасыз ету үшін трансформатор шығарушысы мен технологиялық жабдықтардың тұтынушысы арасында тығыз ынтымақтастық қажет.

Тарту трансформаторлары үшін тағы бір маңызды бағалау критерийі

Темір жолдарын электрлендіру жүйелері тарту трансформаторларына сүйенеді — бұл темір жолдардың қозғалысы мен жүк тасымалдау жобаларында электр инфрақұрылымын жобалаушылар ескеруге тиіс трансформаторлардың арнайы түрі. Бұл құрылғылар желілік қоректендіру кернеулерін темір жол жүйелерінде қолданылатын нақты тарту кернеулеріне, мысалы, 25 кВ бір фазалы айнымалы ток немесе 1,5 кВ және 3 кВ тұрақты ток жүйелеріне түрлендіреді. Тарту трансформаторлары темір жол желісі бойынша поездар үдеу мен тежеу кезінде пайда болатын өте айнымалы және симметриясы бұзылған жүктемелерді ұстай алуы керек.

Көптеген тарту жүйелерінің бір фазалы жүктемелік сипаттамасы үш фазалы қоректендіру желісінде кернеу теңестірілмеуін туғызады, оны тарту трансформаторларының жобасы Скотт-Т немесе Ле Блан схемалары сияқты арнайы орамдар конфигурациялары арқылы жоюға тиіс. Бұл тарту трансформаторларын темір жол қуатын қоректендіру инфрақұрылымын жобалаған кезде электр энергетикалық жүйелер инженерлері түсінуі керек болатын ең техникалық тұрғыдан күрделі трансформатор түрлерінің бірі етеді.

Барлық трансформатор түрлері бойынша негізгі таңдау критерийлері: электрлік жобалар үшін

Кернеу қатынасы, импеданстылық және реттеу диапазоны

Электрлік инженерлер қандай трансформатор түрлерін бағаласа да, кернеу қатынасының дәлдігі, ақытқыш импеданстылығы және реттеуіш құрылғысының диапазоны — бұл таңдаудың универсалды параметрлері. Кернеу қатынасы біріншілік және екіншілік шығыстардағы жүйенің номиналды кернеу деңгейлеріне сәйкес келуі тиіс. Ақытқыш импеданстылығы авариялық ток үлесін және жүктеме кезіндегі кернеуді реттеуді анықтайды — импеданстылықтың жоғары болуы авариялық токты шектейді, бірақ ауыр жүктеме кезінде кернеу төмендеуін арттырады.

Кернеу қатынасын реттеуге арналған тап-ауыстырғыштар — тізбектен тыс немесе жүктеме кезіндегі (ЖКТА) — қоректендіру кернеуінің тербелістері мен жүктемеге байланысты кернеу төмендеуін компенсациялау үшін кернеу қатынасын реттеуге мүмкіндік береді. Жүктеме кезіндегі тап-ауыстырғыштар электр берілісі мен біріншілік тарату жүйелерінде қолданылатын трансформаторлар үшін маңызды, өйткені онда кернеуді қоректендіруді тоқтатпай-ақ үздіксіз реттеу қажет. Тізбектен тыс тап-ауыстырғыштар жоспарлы өшіру кезінде кейбір рет кернеуді реттеу жеткілікті болатын тарату трансформаторлары үшін жарамды.

Пайдалы әсер коэффициентінің стандарттары мен шығындарды бағалау

Қазіргі заманғы трансформаторларды сатып алу процесінде электр энергиясын қамтамасыз ету ұйымдары мен ірі өнеркәсіптік операторлар өзінің талаптарын барынша пайдалы әсер коэффициентінің стандарттарына негіздейді. Ірі нарықтардағы нормативтік актілер трансформаторлар үшін ең төменгі пайдалы әсер коэффициентінің деңгейлерін белгілейді, олар бос жүріс және жүктемелі режимдегі ең жоғары жол берілген шығындар арқылы көрсетіледі. IEC 60076, ANSI/IEEE C57 немесе аймақтық эквиваленттері сияқты стандарттарға сәйкестік көптеген мемлекеттік коммуналдық қызмет көрсетушілер мен ірі коммерциялық сатып алулар үшін негізгі талап болып табылады.

Жалпы иесі болу құны (ЖИҚ) әдістемесі — электр сатып алушылары салыстыратын трансформатор түрлерін бағалау үшін қызмет көрсету мерзімі бойына бос жүріс және жүктемелік шығындарды капитализациялауды қамтиды. Төмен шығындары бар трансформатордың сатып алу бағасы жоғары болуы мүмкін, бірақ 30 жылдық қызмет көрсету мерзімі бойынша жоғары деңгейдегі циклдық экономикалық тиімділік қамтамасыз етеді. Бұл тәсіл қызмет көрсету мерзімінің 30 жылы бойы трансформатордың иесі болу құнының тек бір бөлігін ғана құрайтын сатып алу бағасын түсінетін ірі қуатты электр желілері мен өнеркәсіптік сатып алушылар арасында стандарттық практика болып табылады.

Жиі қойылатын сұрақтар

Күштік трансформатор мен тарату трансформаторының айырмашылығы неде?

Күштік трансформаторлар — электр берілу жүйелерінде қолданылатын трансформатор түрлерінің бірі болып табылады; олар торап бойымен үлкен көлемдегі электр энергиясын тасымалдау үшін жоғары кернеулер мен үлкен қуаттарда жұмыс істейді. Тарату трансформаторлары төмен кернеулерде және кіші қуаттарда жұмыс істейді, сонымен қатар электр энергиясы соңғы тұтынушыларға жеткенге дейінгі соңғы кернеу түрлендіру сатысы ретінде қызмет етеді. Бұл екі санат өзара конструкциялық приоритеттерімен айрылады: күштік трансформаторлар толық жүктемеде пайдалы әсер коэффициентін арттыруға, ал тарату трансформаторлары — тұрақты қосылуға байланысты қуаттың жоғары қуатсыз жұмсалуын азайтуға бағытталған.

Неге электр инженерлері таңдау үшін соншалықты көп трансформатор түрлері бар?

Трансформаторлардың әртүрлі түрлерін электр мамандарының кездестіруі олардың қолданылу аясындағы кернеу деңгейлерінің, жүктеме сипаттамаларының, жағдай ерекшеліктерінің және әртүрлі электр энергетикалық жүйелерде қойылатын қауіпсіздік талаптарының кең ауқымын көрсетеді. Жоғары кернеудегі берілетін электр станциясында қолданылатын трансформатор бірден ауыртпалықтың, жылулық және механикалық талаптары бойынша аурухана ғимаратына немесе доғалы пешке қосылатын трансформатордан толығымен ерекшеленеді. Әрбір қолданыс саласы өзіндегі нақты жұмыс жағдайларына сәйкес оптималды түрде жобаланған трансформаторды талап етеді, сондықтан электр каталогтарында көрсетілген трансформаторлардың түрлері өте кең.

Мен өзімнің жобам үшін қандай трансформатор түрлерінің электрлік сипаттамалары ең маңызды екенін қалай анықтай аламын?

Ең маңызды сипаттамалар қолданысқа байланысты. Трансформациялық және біріншілік трансформаторлық станциялардың трансформаторларын таңдаған кезде электр жобалаушылар негізгі көрсеткіштер ретінде кернеу қатынасын, импедансты, салқындату класын және реттеуіш трансформатордың типін қарастырады. Тарату трансформаторларын электр қондырғыларының инженерлері анықтаған кезде жоғары жүктеме кезіндегі шығындар, қысқа тұйықталу импедансы және орнату ортасы (ішкі немесе сыртқы орнату, өрт қаупі деңгейі) таңдаудың негізгі факторлары болып табылады. Жобалау кезеңінің ерте сатысында сапалы трансформатор инженерімен байланыс орнату барлық қажетті параметрлерді анықтауға және дұрыс көрсетілуге кепілдік береді.

Маймен толтырылған трансформаторлардың электрлік жүйелерде қолданылуы құрғақ типті қондырғылармен алмасып жатыр ма?

Маймен толтырылған трансформаторлардың түрлері электр желілерінде сыртқы ортада және жоғары қуатты қолданыста өзіндік жоғары жылулық сипаттамалары, үлкен қуаттарда төмен бағасы мен жақсы дамыған жөндеу инфрақұрылымы салдарынан әлі де басымдықта қалады. Маймен толтырылмаған (құрғақ типті) қондырғылар майдың ағып кетуі практикалық жағынан мүмкін емес немесе өрт қаупі негізгі мәселе болып табылатын ішкі ортада, қалалық аймақтарда және экологиялық тұрғыдан сезімтал орнатуларда өз нарықтық үлесін кеңейтті. Бұл екі технология бір-бірімен сайысқа түспейді, алайда өзара толықтырушы болып табылады: әрбір түр өзіне лайықты қолданыс аймағында анық артықшылықтарға ие.