Kas ir strāvas transformators un kā tas darbojas?

Dažos no mūsu iepriekšējiem rakstiem mēs esam apsprieduši transformatora pamatus un tā dažādos veidus. Viens no nozīmīgākajiem un visbiežāk izmantotajiem transformatoriem ir strāvas transformators. To ļoti plaši izmanto, lai attiecīgi palielinātu un pazeminātu spriegumu elektroenerģijas ražošanas stacijā un sadales stacijā (vai apakšstacijā).

Piemēram, ņemiet vērā iepriekš parādīto blokshēmu. Šeit strāvas transformators tiek izmantots divas reizes, vienlaikus piegādājot elektroenerģiju patērētājam, kurš atrodas tālu no ģenerācijas stacijas.

Pirmais laiks ir elektrostacijā, lai palielinātu vēja ģeneratora radīto spriegumu.
Otrais ir sadales stacijā (vai apakšstacijā), lai samazinātu saņemto spriegumu pārvades līnijas galā.

Strāvas zudums pārvades līnijās

Jaudas transformatora izmantošanai elektroenerģijas sistēmās ir daudz iemeslu. Bet viens no vissvarīgākajiem un vienkāršākajiem strāvas transformatora izmantošanas iemesliem ir samazināt jaudas zudumus elektroenerģijas pārvades laikā.

Tagad redzēsim, kā enerģijas zudumi tiek ievērojami samazināti, izmantojot strāvas transformatoru:

Pirmkārt, jaudas zuduma vienādojums P = I * I * R.

Šeit I = strāva caur vadītāju un R = vadītāja pretestība.

Tātad, jaudas zudums ir tieši proporcionāls strāvas kvadrātam, kas plūst caur vadītāju vai pārvades līniju. Tāpēc samaziniet strāvas lielumu, kas iet caur vadītāju, mazāk enerģijas zudumu.

Kā mēs izmantosim šo teoriju, ir paskaidrots tālāk:

Sakiet, ka sākotnējais spriegums = 100 V un slodze ir = 5 A un piegādātais jauda = 500 vati. Tad elektropārvades līnijām no avota līdz slodzei jānēsā 5A lieluma strāva. Bet, ja sākotnējā posmā mēs palielinām spriegumu līdz 1000 V, tad pārvades līnijām ir jānēsā tikai 0,5 A, lai nodrošinātu tādu pašu 500 W jaudu.
Tātad, mēs palielināsim spriegumu pārvades līnijas sākumā, izmantojot strāvas transformatoru, un izmantosim citu jaudas transformatoru, lai pazeminātu spriegumu pārvades līnijas galā.
Izmantojot šo iestatījumu, strāvas plūsmas lielums caur 100 + kilometru pārvades līniju tiek ievērojami samazināts, tādējādi samazinot jaudas zudumu pārraides laikā.

Atšķirība starp jaudas transformatoru un sadales transformatoru

Spēka transformatoru parasti darbina pilnā slodzē, jo tas ir konstruēts ar augstu efektivitāti pie 100% slodzes. No otras puses, sadales transformatoram ir augsta efektivitāte, ja slodze paliek no 50% līdz 70%. Tātad sadales transformatori nav piemēroti nepārtrauktai 100% slodzei.
Tā kā jaudas transformators paaugstināšanas un samazināšanas laikā noved pie augsta sprieguma, tinumiem ir augsta izolācija, salīdzinot ar sadales transformatoriem un instrumentu transformatoriem.
Tā kā tie izmanto augsta līmeņa izolāciju, tie ir ļoti apjomīgi un arī ļoti smagi.
Tā kā strāvas transformatori parasti nav tieši savienoti ar mājām, tiem ir mazāk slodzes svārstību, savukārt, no otras puses, sadales transformatoriem ir lielas slodzes svārstības.
Tie ir pilnībā noslogoti 24 stundas dienā, tāpēc vara un dzelzs zudumi notiek visu dienu, un tie visu laiku paliek nemainīgi.
Plūsmas blīvums strāvas transformatorā ir lielāks nekā sadalījuma transformators.

Strāvas transformatora darbības princips

Strāvas transformators darbojas pēc “Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likuma” principa. Tas ir elektromagnētisma pamatlikums, kas izskaidro induktoru, motoru, ģeneratoru un elektrisko transformatoru darbības principu.

Likumā teikts: " Kad slēgta cikla vai īssavienojuma vadītājs tuvojas mainīgam magnētiskajam laukam, tajā tiek izveidota strāvas plūsma" .

Lai labāk izprastu likumu, apspriedīsim to sīkāk. Pirmkārt, ņemsim vērā zemāk esošo scenāriju.

Apsveriet pastāvīgo magnētu, un vadītājs vispirms tiek tuvināts viens otram.

Tad vadītājam abos galos ir īssavienojums, izmantojot vadu, kā parādīts attēlā.
Šajā gadījumā vadītājā vai cilpā nebūs strāvas plūsmas, jo magnētiskais lauks, kas sagriež cilpu, ir nekustīgs, un, kā minēts likumā, tikai mainīgs vai mainīgs magnētiskais lauks var piespiest strāvu cilpā.
Tātad pirmajā stacionārā magnētiskā lauka gadījumā vadītāja cilpā būs nulles plūsma.

tad magnētiskais lauks, kas sagriež cilpu, nemainās. Tā kā šajā gadījumā ir mainīgs magnētiskais lauks, tad Faraday likumi darbosies, un tādējādi mēs varam redzēt strāvas plūsmu vadītāja cilpā.

Kā redzams attēlā, pēc magnēta kustības uz priekšu un atpakaļ mēs redzam strāvu 'I', kas plūst caur vadītāju un slēgto loku.

aizstāt to ar citiem mainīga magnētiskā lauka avotiem, piemēram, zemāk.

Tagad mainīga magnētiskā lauka ģenerēšanai tiek izmantots mainīga sprieguma avots un vadītājs.
Pēc tam, kad vadītāja cilpa tuvojas magnētiskā lauka diapazonam, mēs varam redzēt EMF, kas ģenerēts visā vadītājā. Šī inducētā EML dēļ mums būs pašreizējā plūsma “I”.
Inducētā sprieguma lielums ir proporcionāls lauka intensitātei, ko piedzīvo otrā cilpa, tāpēc, jo lielāks ir magnētiskā lauka stiprums, jo lielāka ir strāvas plūsma slēgtā kontūrā.

Lai gan ir iespējams izmantot vienu diriģentu, kas izveidots, lai izprastu Faradeja likumu. Bet labākai praktiskai veiktspējai ir ieteicams izmantot spoli no abām pusēm.

Šeit primārajai spolei1 plūst maiņstrāva, kas ģenerē mainīgo magnētisko lauku ap vadītāju spolēm. Kad spole2 iekļūst spoles1 radītā magnētiskā lauka diapazonā, tad pāri spolei2 rodas EMF spriegums, pateicoties Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likumam. Šī sprieguma dēļ spolē 2 caur slēgto sekundāro ķēdi plūst strāva “I”.

Tagad jums jāatceras, ka abas spoles ir apturētas gaisā, tāpēc magnētiskā lauka vadītspēja ir gaiss. Magnētiskā lauka vadīšanas gadījumā gaisam ir lielāka pretestība salīdzinājumā ar metāliem, tādēļ, ja mēs izmantojam metāla vai ferīta serdi, lai darbotos kā vide elektromagnētiskajam laukam, tad elektromagnētisko indukciju mēs varam piedzīvot pamatīgāk.

Tāpēc tagad labāk nomainīsim gaisa barotni ar dzelzs barotni.

Kā parādīts attēlā, mēs varam izmantot dzelzs vai ferīta serdi, lai samazinātu magnētiskās plūsmas zudumu enerģijas pārvades laikā no vienas spoles uz otru. Šajā laikā atmosfērā noplūdusī magnētiskā plūsma būs ievērojami mazāka nekā laiks, kad mēs izmantojām gaisa vidi kā serdi, kas ir ļoti labs magnētiskā lauka vadītājs.

Kad lauks ir izveidots ar spoli1, tas plūst cauri dzelzs kodolam, sasniedzot spoli2, un mūsdienās likumsakarības dēļ spole2 rada EMF, kuru nolasīs galvanometrs, kas savienots pāri spolei2.

Tagad, uzmanīgi novērojot, šī iestatīšana būs līdzīga vienfāzes transformatoram. Un jā, katrs šodien esošais transformators darbojas pēc tā paša principa.

Tagad aplūkosim trīsfāžu transformatora vienkāršoto konstrukciju.

Trīsfāzu transformators

Transformatora skelets ir veidots, iestiprinot laminētas metāla loksnes, kuras izmanto magnētiskās plūsmas pārvadāšanai. Diagrammā var redzēt, ka skelets ir nokrāsots pelēkā krāsā. Skeletā ir trīs kolonnas, uz kurām ir savīti trīs fāžu tinumi.
Zemākā sprieguma tinumu vispirms satina un satin tuvāk serdenim, savukārt zemāka sprieguma tinumam virs augšējā sprieguma tinumu. Vai atceraties, abus tinumus atdala izolācijas slānis.
Šeit katra kolonna apzīmē vienu fāzi, tāpēc trim kolonnām mums ir trīsfāžu tinums.
Visa šī skeleta un tinumu uzstādīšana tiek iegremdēta noslēgtā tvertnē, kas piepildīta ar rūpniecisko eļļu, lai nodrošinātu labāku siltuma vadītspēju un izolāciju.
Pēc tinuma visu sešu spoles gala spailes tika izvadītas no noslēgtās tvertnes caur HV izolatoru.
Lai izvairītos no dzirksteļu lēcieniem, spailes ir piestiprinātas taisnīgā attālumā viena no otras.

Jaudas transformatora iezīmes

Nominālā jauda	3 MVA līdz 200 MVA
Parasti primārie spriegumi	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
Parasti sekundārie spriegumi	3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132 kV vai pielāgota specifikācija
Fāzes	Vienfāzes vai trīsfāžu transformatori
Nominālā frekvence	50 vai 60 Hz
Pieskaroties	Kravas pārslēdzēji ar slodzi vai bez slodzes
Temperatūras paaugstināšanās	60 / 65C vai pielāgota specifikācija
Dzesēšanas tips	ONAN (dabīgs eļļas dabīgs eļļa) vai cita veida dzesēšana, piemēram, KNAN (maks. 33kV) pēc pieprasījuma
Radiatori	Tvertnē uzstādīti dzesēšanas radiatoru paneļi
Vektoru grupas	Dyn11 vai jebkura cita vektoru grupa saskaņā ar IEC 60076
Sprieguma regulēšana	Izmantojot kravas pārslēdzēju uz slodzi (standarta komplektācijā ar AVR releju)
HV un LV termināļi	Gaisa kabeļu kastes tips (maks. 33kV) vai atvērtas bukses
Instalācijas	Iekštelpās vai ārpus tām
Skaņas līmenis	Saskaņā ar ENATS 35 vai NEMA TR1

Strāvas pārsūtīšanas lietojumi

Strāvas transformatoru galvenokārt izmanto elektroenerģijas ražošanā un sadales stacijās.
To izmanto arī izolācijas transformatoros, zemējuma transformatoros, sešu impulsu un divpadsmit impulsu taisngriežu transformatoros, saules enerģijas saules enerģijas ģeneratoru transformatoros, vēja ģeneratoru transformatoros un Korndörfer autotransformatoru starterī.
To izmanto jaudas zudumu samazināšanai elektropārvades laikā.
To lieto augstsprieguma pakāpeniskai un augstsprieguma pazemināšanai.
Tas ir vēlams tālsatiksmes patērētāju gadījumos.
Un vēlams gadījumos, kad slodze darbojas ar pilnu jaudu 24x7.