Электрлік трансформаторлардың түрлері қандай және олар қалай жіктеледі?

Түсіну трансформатор түрлері электрлік инженерлер күнделікті жұмыс істейтін бұл ұғым — сенімді қуат жүйелерін жобалауға, дұрыс жабдықтарды таңдауға және өнеркәсіптік пен коммерциялық қолданыста энергияны қауіпсіз таратуға негіз болады. Сіз жаңа трансформаторлық подстанция үшін жабдықтарды анықтасаңыз да, ескірген желі инфрақұрылымын жаңартсаңыз да немесе өндірістік кәсіпорын үшін нұсқаларды бағаласаңыз да, трансформаторлардың қалай анықталатыны мен олардың бір-бірінен қалай айырылатынын білу сізге сатып алу мен инженерлік шешімдер қабылдауда айқын артықшылық береді.

Трансформаторлардың түрлерін жіктеу — электр мамандарының сенімді тәжірибелік негізіне сүйенетін кездейсоқ процесс емес. Бұл жіктеу трансформаторлардың конструкциясы, жұмыс істеу принциптері, изоляция әдістері, кернеу деңгейлері мен қолданылу аймақтарындағы нақты айырымдарды көрсетеді. Осы санаттарға деген айқын түсінік инженерлерге, сатып алу мамандарына және құрылыс басқарушыларына жалпыланған техникалық талаптарға сүйенбей, алдын-ала дайындалған шешімдер қабылдауға көмектеседі. Бұл мақала негізгі жіктеу жүйелерін талдайды және әрбір санаттың практикалық жағынан қандай мағынаға ие екенін түсіндіреді.

Трансформатордың негізгі анықтамасы және оның жіктелуі неге маңызды

Трансформатордың шынында не істейтіні

Трансформатор — бұл электромагниттік индукция принципі арқылы электр энергиясын екі немесе одан да көп тізбектер арасында беретін электромагниттік құрылғы. Ол кіріс пен шығыс тізбектері арасында тікелей электрлік байланыс болмайтындай етіп жұмыс істейді; оның орнына ортақ магниттік өзек және дәлме-дәл оралған орамдарды пайдаланады. Біріншілік және екіншілік орамдардағы орам санының қатынасы шығыс кернеуінің кіріс кернеуіне қатысты көтерілуін немесе төмендеуін анықтайды.

Бұл, сияқты қарапайым механизм, жүздеген километрлерге созылатын жоғары кернеуді тасымалдайтын желілерден бастап, жеке ғимараттарға қызмет көрсететін кіші тарату құрылғыларына дейін, заманауи электр инфрақұрылымының тәжірибеде барлық саласын негіздейді. Қолданыс ауқымының кеңдігі әр түрлі трансформаторлардың электр инженерлерімен кездесетін түрлерінің дизайны, өлшемі мен техникалық сипаттамалары бойынша өте кең диапазонға ие болуына дәлел болып табылады.

Құрылымдық классификациялық жүйесіз трансформаторларды салыстыру немесе нақты көрсету хаостық болар еді. Классификация инженерлерге құрылғыларды талаптарға сәйкестендіру үшін ортақ тіл мен логикалық негіз береді. Сонымен қатар, ол реттеуші органдарға стандарттар орнатуға, өндірушілерге өнімдер сериясын жобалауға және соңғы пайдаланушыларға техникалық дерек парақтарын сенімді түрде бағалауға көмектеседі.

Неге классификация — бұл тек белгі емес, сонымен қатар инженерлік құрал?

Электрлік топтардың жұмыс істейтін трансформатор түрлерін классификациялау — бұл тек академиялық жаттығу емес. Кез келген классификациялық ось — ол кернеу деңгейіне, салқындату әдісіне, өзек конструкциясына немесе қолданылу аясына негізделсе де — орнату талаптарына, жөндеу кестесіне, қауіпсіздік протоколдарына және жалпы иелік шығындарына тікелей әсер етеді. Бұл айырмашылықтарды дұрыс классификацияламау немесе оларды ескермеу құрылғының төмен өнімділігіне, уақытынан бұрын шығуына немесе ауыр қауіпсіздік қаупіне әкелуі мүмкін.

Мысалы, майлы трансформатор қажет болатын сыртқы тарату құрылғысына құрғақ түрдегі трансформаторды таңдау жылу реттеуінің жеткіліксіздігіне және пайдалану мерзімінің қысқаруына әкелуі мүмкін. Сол сияқты, күштік трансформаторды талап ететін рөлде тарату трансформаторын қолдану кернеу реттеуіндегі қиындықтар мен мүмкін болатын асырмалы жағдайларға әкеледі. Сондықтан классификация әрбір жауапты инженерлік жұмыс процесіне енгізілген тәжірибелік шешім қабылдау құралы болып табылады.

Кернеу деңгейі мен қуат номиналы бойынша классификация

Тасымалдау желілері үшін күштік трансформаторлар

Электр желілерінің қолданатын ең маңызды трансформатор түрлерінің бірі — 33 кВ-тан жоғары, яғни жоғары және өте жоғары кернеу деңгейлерінде жұмыс істейтін күштік трансформаторлар. Бұл қондырғылар электр энергиясын өндіретін станциялар мен үлкен берілетін трансформаторлық подстанцияларға орнатылады, мұнда электр энергиясының үлкен көлемі ұзақ қашықтыққа берілу үшін кернеуі көтеріледі немесе аймақтық тарату желілеріне түсу алдында кернеуі төмендетіледі. Олардың қуат көрсеткіштері әдетте бірнеше МВА-дан жүздеген МВА-ға дейін болады.

Күштік трансформаторлар үздіксіз толық жүктемеде жұмыс істеуге арналған және олардың негізгі қасиеті — жоғары ПӘК болып табылады, себебі олардың жұмыс істеу масштабында пайызбен есептелген өте аз шығындар да қатты энергия шығынына әкеледі. Олардың өзектері мен орамдарының материалдары, изоляциялық жүйелері және салқындату жабдықтары бірнеше онжылдыққа созылатын ұзақ мерзімді жоғары қуатты жұмыс үшін оптималды түрде жобаланған.

Олардың тораптың тұрақтылығында атқаратын маңызды рөліне байланысты күштік трансформаторлар қатаң сынақ стандарттарына ұшырайды және әдетте температураны, май сапасын, жүктеме тогын және басқа параметрлерді нақты уақытта бақылайтын күрделі бақылау жүйелерімен жабдықталады. Бұл деңгейде болатын кез келген ақаулық кең таралған өшірулерге әкелуі мүмкін, сондықтан олардың жобалауы мен техникалық сипаттамасында сенімділікті қамтамасыз ету инженерлігі негізгі мәселе болып табылады.

Тұтынуға арналған тарату трансформаторлары

Тарату трансформаторлары — электр желілерінің қолданылатын трансформаторлар типтерінің тағы бір ірі тобы болып табылады және олар электр энергиясын берудің соңғы кезеңінде қолданылады. Бұл құрылғылар орта кернеу деңгейін — әдетте 11 кВ пен 33 кВ арасында — тұрғын үйлер, коммерциялық және жеңіл өнеркәсіптік тұтынушылар үшін тікелей қолданылатын төмен кернеуге, мысалы 400 В немесе 230 В-қа төмендетеді.

Күштік трансформаторлардан айырмашылығы, тарату трансформаторлары айнымалы және жиі болжанбайтын жүктеме профилдерін өңдеуге арналған. Олар тиімді жұмыс істеуі керек — тәуліктің ең төменгі жүктемелі уақытында (жүктеме шамамен нөлге тең) бастап, пиктік тұтыну кезеңіндегі толық номиналды қуатқа дейінгі кең жүктеме диапазонында. Бұл жұмыс істеу икемділігі олардың конструкциясына негізгі материалдардың мұқият таңдалуы мен орамдардың геометриясы арқылы енгізілген.

S11 сериясының маймен суытылатын тарату трансформаторлары — бұл санаттағы жақсы белгілі өнімдер отбасысы, оның бос жүрістегі шығындары төмен және қазіргі заманғы энергиялық тиімділік стандарттарына сай келеді. Бұл класстағы тарату трансформаторлары сенімді және тиімді кернеу түрлендірудің тапсыру нүктесінде қажет болатын қалалық және ауылдық электр желілерінің инфрақұрылымында, өнеркәсіптік аймақтарда және коммерциялық даму объектілерінде кеңінен қолданылады.

Изоляция мен суыту әдісі бойынша жіктелу

Масаға топырған трансформаторлар

Маймен толтырылған трансформаторлар — орта және жоғары кернеулерге арналған электр инфрақұрылымының жобаларында ең кең таралған трансформатор түрлерінің бірі. Бұл конструкцияларда магнит өзегі мен орамдар трансформатор майына батырылады, ол екі мақсатқа қызмет етеді: тірі компоненттер мен қорап арасында электрлік изоляция қамтамасыз етеді және орамдардан қорап бетіне немесе сыртқы радиаторларға жылу тарату арқылы салқындату ортасы ретінде қызмет етеді.

Минералды май — өзінің өте жақсы диэлектрлік қасиеттері, жылулық тұрақтылығы және салыстырмалы түрде төмен құны салдарынан ұзақ уақыт бойы дәстүрлі изоляциялаушы сұйықтық ретінде қолданылды. Соңғы кезде от қауіпсіздігі немесе экологиялық сезімталдық маңызды болған жағдайларда синтетикалық эстерлер мен табиғи эстер сұйықтықтары қолданысқа енді, өйткені бұл сұйықтықтар дәстүрлі минералды майға қарағанда жану нүктесі жоғары және биожойылу қабілеті жақсарған.

Мұнайға батырылған трансформаторлардың түрлері — электр инженерлері сыртқы трансформаторлық подстанциялар мен жоғары жүктемелі өнеркәсіптік қолданыстар үшін анықтайтын құрылғылар. Оларға қолданылатын жақсы орныққан техникалық қызмет көрсету әдістеріне мұнайдың периодты түрде сынамалануы мен еріген газдарды талдау жатады; бұл әдістер апаттарды олар критикалық деңгейге жеткенше ұзақ уақыт бұрын анықтауға мүмкіндік береді. Бұл болжамды техникалық қызмет көрсету мүмкіндігі құнды қондырғылардың жұмысында маңызды операциялық артықшылық болып табылады.

Жүк трансформаторлары

Құрғақ типтегі трансформаторлар негізгі салқындату және изоляциялау ортасы ретінде ауаны пайдаланады, олар сұйық изоляциялаушы сұйықтықтарды мүлдем қажет етпейді. Орамдар әдетте шаян немесе эпоксидтік смолаға құйылады, бұл орамдарға берік механикалық қорғаныс пен ылғалға, тозаңға және химиялық ластануларға төзімділік қамтамасыз етеді. Бұл құрғақ типтегі трансформаторлар мұнай ағып кетуі қабылданбайтын өрт немесе ластану қаупін туғызатын ішкі орталарда орнатылатын қондырғылар үшін ерекше қолайлы болып табылады.

Құрғақ типтегі трансформаторлардың кеңінен қолданылатын салаларына: коммерциялық ғимараттар, ауруханалар, деректерді өңдеу орталықтары, жер асты транзит жүйелері және теңіз бойындағы платформалар жатады. Бұл орындарда жанғыш сұйық изоляцияның болмауы – өте маңызды қауіпсіздік артықшылығы болып табылады, ал маймен суытылатын трансформаторларға қарағанда қызмет көрсетуге деген талаптардың төмендеуі – бастапқы сатып алу құны жоғары болғанымен де, трансформатордың тіршілік циклі бойынша жалпы шығындарды төмендетеді.

Құрғақ типтегі трансформаторлар әдетте шамамен 30 МВА-ға дейінгі қуат және шамамен 36 кВ-қа дейінгі кернеулер үшін қолжетімді. Алайда, орнатылған трансформаторлардың көпшілігі тарату кернеуі ауқымында орналасады. Олардың жылулық сипаттамалары кіші қуатты трансформаторларда табиғи ауа конвекциясы арқылы, ал ірі қуатты трансформаторларда мәжбүрлі ауа суыту жүйелері арқылы реттеледі; суыту класының белгіленуі IEC және басқа халықаралық стандарттар негізінде бекітілген.

Орталық құрылысы мен фазалық конфигурация бойынша жіктелу

Орталықтық және қабықтық құрылыстар

Магниттік өзекшenің орамдарға қатысты физикалық орналасуы трансформаторлардың электрлік өндірушілері өндіретін екі негізгі конструкциялық тәсілін анықтайды. Өзекшелі конструкцияда орамдар магниттік өзекшеге оралған, ал өзекше магниттік ағын үшін қарапайым тіктөртбұрышты немесе крест тәрізді қима жолын құрады. Бұл конструкция өндіруге қарапайым, тексеруге оңай және орамдардың оқшаулануын мұқият басқару қажет болатын жоғары кернеу қолданыстарына жақсы сай келеді.

Қабықты конструкция бұл қатынасты керісінше өзгертеді: өзегі орамдарды қоршап, оларды қамтиды, бұл тұйықталған магниттік тізбек пен төменгі саңылау ағынын қамтамасыз етеді. Қабықты конструкциялар жиі төмен кернеу, жоғары ток қолданылатын жағдайлар үшін және қысқа тұйықталу күштері әсерінен механикалық беріктік маңызды болғанда қолданылады. Бұл екі конструкциялық тәсілдің арасынан таңдау өндірістік күрделілік, материалдарды пайдалану және авариялық жағдайлардағы жұмыс сипаттамалары арасындағы компромиссті қажет етеді.

Электр инженерлері анықтайтын өзекті және қабықты трансформаторлар бірфазалы және үшфазалы конфигурацияларда қолжетімді. Үшфазалы конструкциялар қуатты және тарату қолданыстарында үстемдік етеді, себебі олар үш бөлек бірфазалы бірліктерді пайдалануға қарағанда қуат бірлігіне келетін материалдық шығын мен энергиялық тиімділік жағынан тиімдірек.

Бірфазалы және үшфазалы конфигурациялар

Бір фазалы трансформаторлар типтері тұрғын үйлердің электрмен жабдықталуы мен арнайы өнеркәсіптік қолданыстарда қолданылатын электрлік жүйелер болып табылады; олар қуатты бір айнымалы ток тізбегі арқылы береді. Олар құрылысы жағынан қарапайым, жоғары қуатты нұсқаларын тасымалдау оңай, сондай-ақ қажет болған жағдайда үш фазалы жүйелер құру үшін банктерге біріктірілуі мүмкін. Кейбір электр берілетін желілерде бір үш фазалы трансформатордың орнына үш бір фазалы трансформатор қолдану логистикалық артықшылықтарға ие болады, себебі жеке трансформаторларды алыстағы объектілерге тасымалдау оңай, сонымен қатар резервті бір фазалы трансформатор кез келген үш фазаның біреуі үшін резервтік қызмет атқара алады.

Үш фазалы трансформаторлар барлық үш фазаны жалғыз өзек пен резервуар құрылғысына біріктіреді, сондықтан олар кВА бірлігіне қарағанда бір фазалы трансформаторлардың эквиваленттік банктеріне қарағанда компакттырақ, тиімдірек және арзандау болады. Электр желілері мен өнеркәсіптік кәсіпорындардың тарату мен қуат қолданыстары үшін орнататын трансформаторлардың көпшілігі — үш фазалы құрылғылар, бұл қазіргі заманғы электр инфрақұрылымында әлем бойынша үш фазалы айнымалы ток жүйелерінің басымдығын көрсетеді.

Орамдардың қосылу конфигурациясы — яғни бі Birіншілік және екіншілік жақтарда «үшбұрыш» немесе «жұлдыз» схемасы — кернеу қатынастарына, авариялық токтардың әрекетіне, гармоникаларды басқаруға және жерге қосу схемаларына әсер ететін тағы бір классификация қабатын қосады. Dyn11, YNd11 және YNyn0 сияқты кеңінен қолданылатын конфигурациялар — орамдардың топологиясын және біріншілік пен екіншілік кернеулер арасындағы фазалық ығысуын көрсететін стандартталған белгілеулер болып табылады; бұл ақпарат параллель жұмыс істеу мен жүйені қорғау жобасын әзірлеу үшін өте маңызды.

Қолданысы мен арнайы қызметі бойынша жіктелу

Өлшеу мен қорғаныс үшін өлшеу трансформаторлары

Барлық трансформатор түрлері электрлік жүйелерге қуатты беру үшін ғана қолданылмайды. Өлшеу трансформаторлары — яғни ток трансформаторлары мен кернеу трансформаторлары — өлшеу құрылғылары мен қорғаныс релелері үшін жүйе токтары мен кернеулерінің масштабталған көшірмесін алу үшін арнайы құрылған. Олар сезімтал өлшеу мен басқару тізбегін бастапқы қуат жүйесіндегі жоғары кернеу мен токтардан изоляциялайды және дәл пропорционалды сигналдар береді.

Токтық трансформаторлар бастапқы тізбекке тізбектей қосылады және бастапқы токқа пропорционал екіншілік ток өндіреді, әдетте реле мен санағыштарға кірістер үшін 1 А немесе 5 А сияқты стандартты мәндерге масштабталады. Кернеу трансформаторлары өлшенетін тізбекке параллель қосылады және жүйелік кернеуді 110 В немесе 100 В сияқты стандартты деңгейлерге төмендетеді. Бұл құрылғылардың дәлдік класы — энергия есебінің дәлдігі мен қорғаныс жүйесінің сенімділігіне тікелей әсер ететіндіктен, маңызды техникалық сипаттама болып табылады.

Құралдық трансформаторлардың түрлерін электрлік қорғаныс инженерлері IEC 61869 сияқты стандарттармен анықталған қатаң дәлдік пен жүктеме талаптарына сай таңдайды. Олардың авариялық жағдайлардағы жұмысы — атап айтқанда, токтық трансформаторлардың қанықпай, жоғары авариялық токтарды дәл қайталау қабілеті — қорғаныс релелерінің жүйелік бұзылулар кезінде дұрыс және селективті жұмыс істеуін қамтамасыз етудегі негізгі фактор болып табылады.

Автотрансформаторлар және арнайы мақсаттағы конструкциялар

Автотрансформаторлар — электр инженерлерінің өткізгіштік және өнеркәсіптік қолданыстарда кездестіретін трансформаторлардың арасындағы ерекше санатты құрайды. Дәстүрлі екі орамды трансформаторлардан айырмашылығы, автотрансформаторларда біріншілік және екіншілік тізбектер арасында ортақ орам бар, ал екіншілік орам — біріншілік орамның бір бөлігінен (тапталған бөлігінен) алынады. Бұл конструкция кернеу қатынасы бірге жақын болған жағдайларда, мысалы, әртүрлі, бірақ ұқсас кернеу деңгейлерінде жұмыс істейтін өткізгіштік жүйелерін бір-бірімен қосу үшін, трансформатордың көлемін азайтып және пайдалы әсер коэффициентін арттырып, одан да компактты және тиімді құрылғы алуға мүмкіндік береді.

Автотрансформаторлармен жұмыс істегенде қолайсыздық — бұл біріншілік және екіншілік тізбектер арасындағы тікелей электрлік байланыс, яғни бір жағындағы ақаулар екінші жағына оңай таратылуы мүмкін. Бұл сипаттама жүйенің қорғануын жобалаған кезде ұқыпты қарастыруды талап етеді және тізбектер арасында гальваникалық изоляция қауіпсіздік немесе жұмыс істеу себептерімен қажет болатын қолданыстарда олардың қолданылуын шектейді.

Электрлік жобаларда қажет болуы мүмкін басқа арнайы мақсаттағы трансформаторлар түрлеріне электр доғалы пештерге арналған пештік трансформаторлар, өнеркәсіптік тұрақты ток қоректендіру көздері үшін түзеткіштік трансформаторлар, теміржол электрлендіру жүйелері үшін тягатық трансформаторлар және торапты желілерде қуат ағынын реттеу үшін фаза-ығысу трансформаторлары жатады. Осы трансформаторлардың әрқайсысы өзінің мақсатты қолданысына арналған қатаң және нерсе қиын электрлік пен механикалық жағдайларға сәйкес әртүрлі арнайы сипаттамаларды қамтиды.

Жиі қойылатын сұрақтар

Күштік трансформатор мен тарату трансформаторының айырмашылығы неде?

Күштік трансформатор әдетте 33 кВ-тан жоғары жоғары кернеу деңгейлерінде жұмыс істейді және электр энергиясын ұзақ қашықтыққа жинақтап беру үшін генерациялық станциялар мен негізгі берілетін электр қосалқы станцияларында қолданылады. Тарату трансформаторы орта немесе төмен кернеу деңгейлерінде жұмыс істейді және қуатты тікелей соңғы тұтынушыларға береді. Бұл екі түр кернеу мен қуат сипаттамаларында, жүктеме профилінде және конструкциялық басымдықтарында өзара айырылады: күштік трансформаторлар үздіксіз толық жүктемедегі пайдалы әсер коэффициентін арттыруға, ал тарату трансформаторлары – айнымалы жүктемедегі жұмыс сапасына бағытталған.

Неге электр инженерлері таңдау үшін соншалықты көп трансформатор түрлері бар?

Трансформаторлардың түрлерінің көптігі электр жүйелерінің қолданылатын жағдайлардың, кернеу деңгейлерінің, экологиялық шектеулердің және қазіргі заманғы электр инфрақұрылымында кездесетін қолданыс талаптарының өте кең диапазонын көрсетеді. Жоғары кернеудегі берілетін электр станциясында қолданылатын трансформатор коммерциялық ғимарат ішіне орнатылған немесе қорғаныс жүйесіндегі дәл өлшеу үшін қолданылатын трансформаторға қарағанда толығымен басқа жылулық, электрлік және механикалық талаптарды қанағаттандыруы керек. Әрбір классификациялық санат тек қана бір универсалды дизайн барлық осы әртүрлі рөлдерді тиімді және қауіпсіз атқара алмайтындықтан пайда болған.

Салқындату әдісі трансформаторды таңдауға қалай әсер етеді?

Салқындату әдісі трансформатордың жылулық сипаттамасына, орнату ортасына сәйкестігіне, қызмет көрсету талаптарына және өрт қауіпсіздігіне тікелей әсер етеді. Сыртқы ортада және жоғары қуатты қолданыста қолданылатын мұнаймен батырылған трансформаторлар электр инженерлері тарапынан көрсетіледі; олар өте жақсы жылулық басқару мен жақсы қалыптасқан қызмет көрсету тәжірибесін ұсынады, бірақ изоляциялық сұйықтық үшін сақтау шараларын қажет етеді. Құрғақ типті трансформаторлар жанғыш сұйықтық болмағандықтан ішкі орталар мен өртке сезімтал орындар үшін қолайлы болып табылады, бірақ олардың бастапқы құны әдетте жоғары болады және мұнаймен батырылған трансформаторларға қарағанда төмен кернеу мен қуат деңгейлеріне шектелген.

Дистрибуциялық трансформатор үшін орамдардың қосылу белгіленуі (мысалы, Dyn11) нені білдіреді?

Орамдардың қосылу белгіленуі біріншілік және екіншілік орамдардың топологиясын және олар арасындағы фазалық ығысуын көрсетеді. Dyn11 белгіленуінде 'D' — біріншілік орамның үшбұрышты қосылуын, 'y' — екіншілік орамның жұлдызша қосылуын, 'n' — екіншілік орамның жұлдызша нүктесінің нейтралдық шығыс ретінде шығарылуын, ал '11' — біріншілік пен екіншілік кернеулер арасындағы 30-градустық фазалық ығысуын (сағат тақтасындағы 11 сағаттың орнына сәйкес) білдіреді. Бұл ақпарат трансформаторлардың параллельді жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін маңызды, яғни электр желілері бірдей шинаға қосылатын кезде, сонымен қатар жүйенің қорғаныс схемаларын дұрыс жобалау үшін қажет.