- Izguba moči v prenosnih vodih
- Razlika med močnostnim in distribucijskim transformatorjem
- Načelo delovanja močnostnega transformatorja
- Trifazni transformator
- Značilnosti močnostnega transformatorja
- Aplikacije prenosa moči
V nekaterih naših prejšnjih člankih smo razpravljali o osnovah transformatorja in njegovih različnih vrstah. Eden pomembnih in pogosto uporabljenih transformatorjev je močnostni transformator. Zelo se uporablja za stopnjevanje in zniževanje napetosti na elektrarni in distribucijski postaji (ali postaji).
Na primer, razmislite o zgornjem blokovnem diagramu. Tu se močnostni transformator uporablja dvakrat, medtem ko dobavlja električno energijo potrošniku, ki je daleč od proizvodne postaje.
- Na elektrarni prvič povečajo napetost, ki jo ustvarja vetrni generator.
- Drugi je na distribucijski postaji (ali postaji) za znižanje napetosti, prejete na koncu daljnovoda.
Izguba moči v prenosnih vodih
Razlogov za uporabo močnostnega transformatorja v elektroenergetskih sistemih je veliko. Toda eden najpomembnejših in najpreprostejših razlogov za uporabo močnostnega transformatorja je zmanjšanje izgub moči med prenosom električne energije.
Zdaj pa poglejmo, kako se izguba moči znatno zmanjša z uporabo močnostnega transformatorja:
Najprej enačba izgube moči P = I * I * R.
Tu je I = tok skozi vodnik in R = upor prevodnika.
Torej, izguba moči je sorazmerna kvadratu toka, ki teče skozi vodnik ali daljnovod. Torej nižja jakost toka, ki gre skozi vodnik, zmanjša izgube moči.
Kako bomo izkoristili to teorijo, je razloženo spodaj:
- Recimo začetna napetost = 100V in obremenitve = 5A in dovedena moč = 500watt. Potem morajo tu prenosni vodi voditi tok jakosti 5A od vira do obremenitve. Če pa napetost v začetni fazi stopnjujemo na 1000 V, morajo daljnovodi le 0,5 A, da dosežejo enako moč 500 W.
- Torej bomo napetost na začetku daljnovoda povečali z uporabo močnostnega transformatorja in uporabili drug močnostni transformator za znižanje napetosti na koncu daljnovoda.
- S to nastavitvijo se velikost toka skozi 100 + kilometer daljnovoda znatno zmanjša, s čimer se zmanjša izguba moči med prenosom.
Razlika med močnostnim in distribucijskim transformatorjem
- Močnostni transformator običajno deluje s polno obremenitvijo, ker je zasnovan tako, da ima visoko učinkovitost pri 100% obremenitvi. Po drugi strani pa ima distribucijski transformator visoko učinkovitost, kadar obremenitev ostane med 50% in 70%. Torej distribucijski transformatorji niso primerni za neprekinjeno delovanje pri 100% obremenitvi.
- Ker močnostni transformator med povečevanjem in spuščanjem vodi do visokih napetosti, imajo navitja visoko izolacijo v primerjavi z distribucijskimi transformatorji in instrumentnimi transformatorji.
- Ker uporabljajo izolacijo na visoki ravni, so zelo obsežne in so tudi zelo težke.
- Ker napajalni transformatorji običajno niso neposredno povezani z domovi, imajo manjša nihanja obremenitve, medtem ko imajo distribucijski transformatorji na drugih močna nihanja obremenitve.
- Ti se polnijo 24 ur na dan, zato izgube bakra in železa nastanejo ves dan in ves čas ostanejo skoraj enake.
- Gostota toka v močnostnem transformatorju je večja od distribucijskega transformatorja.
Načelo delovanja močnostnega transformatorja
Močnostni transformator deluje po principu "Faradayevega zakona elektromagnetne indukcije". Temeljni zakon elektromagnetizma pojasnjuje načelo delovanja induktorjev, motorjev, generatorjev in električnih transformatorjev.
Zakon določa: " Ko se zaprti ali kratek vodnik približa spremenljivemu magnetnemu polju, se v tej zaprti zanki ustvari tok . "
Da bomo zakon bolje razumeli, se o njem pogovorimo podrobneje. Najprej si oglejmo scenarij spodaj.
Razmislite o trajnem magnetu in vodnik najprej približajte drug drugemu.
- Nato vodnik na obeh koncih kratko spoji z žico, kot je prikazano na sliki.
- V tem primeru v vodniku ali zanki ne bo toka, ker magnetno polje, ki reže zanko, miruje in kot je omenjeno v zakonu, lahko le spremenljivo ali spreminjajoče se magnetno polje prisili tok v zanko.
- Torej, v prvem primeru mirujočega magnetnega polja v prevodni zanki ne bo nič pretoka.
potem se magnetno polje, ki prereže zanko, še naprej spreminja. Ker je v tem primeru prisotno različno magnetno polje, bodo začeli veljati Faradayevi zakoni in s tem lahko vidimo tok toka v prevodniški zanki.
Kot lahko vidite na sliki, po tem, ko se magnet premika naprej in nazaj, vidimo tok 'I', ki teče skozi vodnik in zaprto zanko.
da ga nadomestimo z drugimi različnimi viri magnetnega polja, kot je spodaj.
- Zdaj se vir izmenične napetosti in vodnik uporabljata za ustvarjanje spremenljivega magnetnega polja.
- Potem ko se vodniška zanka približa območju magnetnega polja, lahko vidimo EMF, ustvarjen čez vodnik. Zaradi te inducirane EMF bomo imeli trenutni pretok "I".
- Velikost inducirane napetosti je sorazmerna z jakostjo polja, ki jo doživlja druga zanka, zato večja kot je jakost magnetnega polja, večji je tok toka v zaprti zanki.
Čeprav je mogoče uporabiti en sam vodnik, ki je postavljen za razumevanje Faradayevega zakona. Toda za boljše praktično delovanje je zaželena uporaba tuljave na obeh straneh.
Tukaj skozi primarno tuljavo1 teče izmenični tok, ki ustvarja spreminjajoče se magnetno polje okoli vodnikov. In ko tuljava2 vstopi v obseg magnetnega polja, ki ga tvori tuljava1, se na tuljavi2 ustvari EMF napetost zaradi Faradayevega zakona elektromagnetne indukcije. In zaradi te napetosti v tuljavi2 skozi sekundarni zaprti krog teče tok 'I'.
Zdaj se morate spomniti, da sta obe tuljavi obešeni v zraku, zato je medij prevodnosti, ki ga uporablja magnetno polje, zrak. In zrak ima večjo odpornost v primerjavi s kovinami v primeru prevodnosti magnetnega polja, tako da če uporabimo kovinsko ali feritno jedro kot medij za elektromagnetno polje, lahko elektromagnetno indukcijo izkusimo bolj temeljito.
Zdaj pa nadomestimo zračni medij z železnim medijem za nadaljnje razumevanje.
Kot je prikazano na sliki, lahko z železnim ali feritnim jedrom zmanjšamo izgubo magnetnega pretoka med prenosom moči z ene tuljave na drugo. V tem času bo magnetni tok, ki je uhajal v ozračje, bistveno manjši od časa, ko smo kot jedro uporabljali zračni medij, je zelo dober prevodnik magnetnega polja.
Ko polje tvori tuljava1, bo teklo skozi železno jedro, ki doseže tuljavo2 in zaradi faradejevega zakona tuljava2 generira EMR, ki ga odčitava galvanometer, povezan prek tuljave2.
Zdaj, če natančno opazujete, boste ugotovili, da je ta nastavitev podobna enofaznemu transformatorju. In da, vsak današnji transformator deluje po enakem principu.
Zdaj pa poglejmo poenostavljeno konstrukcijo trifaznega transformatorja.
Trifazni transformator
- Okostje transformatorja je zasnovano z vstavljanjem laminiranih kovinskih plošč, ki se uporabljajo za prenašanje magnetnega toka. Na diagramu lahko vidite, da je okostje obarvano sivo. Okostje ima tri stebre, na katere so naviti trifazni naviti.
- Sprva je navito nižje napetostno navitje, ki je navito bližje jedru, medtem ko je navitje z višjo napetostjo navito na spodnje napetostno navitje. Ne pozabite, oba navitja sta ločena z izolacijskim slojem.
- Tu vsak stolpec predstavlja eno fazo, zato imamo za tri stolpce trifazno navitje.
- Celotna postavitev okostja in navitja je potopljena v zaprti rezervoar, napolnjen z industrijskim oljem za boljšo toplotno prevodnost in izolacijo.
- Po navitju so končne sponke vseh šestih tuljav iz HV izolatorja pripeljali iz zaprtega rezervoarja.
- Terminali so pritrjeni na primerni razdalji drug od drugega, da se prepreči preskok.
Značilnosti močnostnega transformatorja
Nazivna moč |
3 MVA do 200 MVA |
Tipične primarne napetosti |
11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV |
Tipične sekundarne napetosti |
3,3, 6,6, 11, 33, 66, 132 kV ali specifikacija po meri |
Faze |
Enofazni ali trifazni transformatorji |
Nazivna frekvenca |
50 ali 60 Hz |
Tapkanje |
Menjalniki stikal ob obremenitvi ali razbremenitvi |
Povišanje temperature |
60 / 65C ali po meri |
Tip hlajenja |
ONAN (olje naravni zrak naravno) ali druge vrste hlajenja, kot je KNAN (max 33kV) na zahtevo |
Radiatorji |
Hladilne plošče, nameščene v rezervoarju |
Vektorske skupine |
Dyn11 ali katera koli druga vektorska skupina v skladu z IEC 60076 |
Regulacija napetosti |
Prek izmenjevalnika stikala na obremenitvi (standardno z relejem AVR) |
VN in NN terminali |
Tip zračne kabelske omarice (največ 33kV) ali odprte puše |
Namestitve |
Notranji ali zunanji |
Raven zvoka |
V skladu z ENATS 35 ali NEMA TR1 |
Aplikacije prenosa moči
- Močnostni transformator se uporablja predvsem v proizvodnji električne energije in na distribucijskih postajah.
- Uporablja se tudi v izolacijskih transformatorjih, ozemljitvenih transformatorjih, šestih impulznih in dvanajst pulznih usmerniških transformatorjih, sončnih PV transformatorjih, transformatorjih vetrnih elektrarn in v zaganjalniku avtotransformatorjev Korndörfer.
- Uporablja se za zmanjšanje izgub moči med prenosom električne energije.
- Uporablja se za visokonapetostno stopnjevanje in visokonapetostno zniževanje.
- Prednost je v potrošniških primerih na daljavo.
- In prednost v primerih, ko obremenitev deluje s polno zmogljivostjo 24x7.