ИННОВАЦИИ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ

В работе рассматриваются инновации в сфере силовых трансформаторов, на примере трансформатора ТМГ12.

Трансформаторы напряжения являются одним из лучших изобретений человечества, его КПД может достигать 99.5%. Силовой трансформатор [1] предназначен для упрощения передачи электроэнергии на больше расстояния, сначала у источника питания он повышает напряжение, затем, такой же трансформатор, его понижает, уже непосредственно у потребителя. Чем выше напряжение, тем меньше потерь будет при передаче электроэнергии.

Датой рождения первого трансформатора считается 30 ноября 1876 года, а первый трехфазный трансформатор, был запатентован Николой Тесла в США 1888 года, и только в 1928 году, силовые трансформаторы поставлены на конвейер в СССР [2]. Конструкция и принцип действия почти не поменялась с того времени, на большинстве подстанций до сих пор стоят трансформаторы, созданные еще в Советском Союзе, и это не удивительно, ведь хороший трансформатор может служить вечно конечно при условии должной эксплуатации. Получается, что на данный момент, до сих пор используются трансформаторы, которым уже больше 50-ти лет и ведь они могу служить еще столько же, как минимум. Но неужели за все это время, не было ни исследований, ни разработок, ни попыток улучшить трансформатор? Именно эта тема и будет раскрыта в работе, какие же изменения данной технологии, могут предложить нам ученные в наши дни, спустя более ста лет патента технологии трехфазного трансформатора.

Принцип работы трансформаторов прост и понятен, он заключается в явлении электромагнитной индукции [3]. На первичную обмотку подается переменный ток, который образует в магнитопроводе переменный магнитный поток. Это происходит за счет его замыкания на магнитопроводе и образования сцепления между обмотками, индуцируя ЭДС. Нагрузка, подключенная ко вторичной обмотке, приводит к образованию в ней напряжения и тока. Конструктивно, для получения любого напряжения на вторичной обмотке, используется необходимое соотношение витков между обмотками.

Силовой трансформатор обладает свойством обратимости [4]. Иными словами, он может быть использован и для повышения, и для понижения напряжения. В большинстве случаев силовой трансформатор применятся для решения определенных задач. Например, конкретно повышать или понижать напряжение. У повышающего трансформатора напряжение на первичной обмотке ниже, чем на вторичной.

Данный принцип работы будет применяться и в наши дни. Технология Cоветского Союза подразумевала охлаждение трансформатора с помощью специального минерального (нефтяного) масла, которое называют трансформаторным. Трансформаторным маслом заливают баки и в него погружают сердечник с обмотками. Трансформаторное масло, из которого удалена влага и примеси, то есть просушенное и очищенное, является хорошей изоляцией между обмотками и металлическим корпусом. Кроме того, трансформаторное масло, обладая более высокой теплопроводностью, нежели воздух, хорошо отводит тепло от активных частей трансформатора к наружным поверхностям бака.

В наши же дни, инновации преследуют несколько целей в силовых трансформаторах, первоочередное – это снижение потерь при трансформации напряжения, следующим пунктом идет увеличение его надежности, и последний пункт – уменьшение шума при работе.

Инновацией, подходящей под все три пункта изложенные выше, на сегодняшний день является трансформатор ТМГ12 [5]. Масляный силовой трансформатор ТМГ 12 с самым низким уровнем потерь холостого хода и короткого замыкания из серийно выпускаемых в России и СНГ. Класс энергоэффективности Х2К1. Трансформаторы ТМГ12 мощностью 250 - 1250 кВА, благодаря использованию новых инженерных технологий и усовершенствованной методике расчета, имеют самый низкий уровень потерь холостого хода и короткого замыкания из всех серийно выпускаемых трансформаторов подобного назначения. В трансформаторах данной серии сохранены лучшие качества трансформаторов серий ТМГ и ТМГ11. Они практически не отличаются по габаритам и массе от ТМГ12, что исключает дополнительные затраты на их установку [6].

Особенностью трансформаторов ТМГ является аморфный сердечник [7]. Он имеет значительно меньшие удельные магнитные потери по сравнению с трансформаторами, сердечники которых изготовлены из электротехнической стали, ферритов или пермаллоев. В среднем, такой трансформатор позволяет снизить ежегодные выбросы углекислого газа почти на 6 т. Использование силовых трансформаторов с аморфным магнитопроводом значительно снижает вред, наносимый окружающей среде. В стальных сердечниках таких трансформаторов используется аморфный сплав, который повышает электрические характеристики и снижает потери энергии. Использование одного аморфного трансформатора вместо какого-либо другого типа, позволяет предотвратить выброс углекислого газа, которое может быть переработано 500-ми кедровыми деревьями за год [8]. Высокий уровень сохранения энергии способствует снижению выделения CO2.

Таким образом, можно сказать, что новшества и инновации в области силовых трансформаторах определенно есть, хоть они и не велики. Но данные технологии не скоро придут на замену своим предшественникам, во всяком случае, на уже работающих предприятиях, а частные предприятия не захотят покупать что-то новое и менять старое, которое и так хорошо им служит. С другой стороны, этими мелкими шажками наука может прийти к новому прорыву, которое может изменить понимание силовых трансформаторов в целом.

Список литературы:

1. «Электротехника. Сайт об электротехнике. Мощности потерь и КПД трансформатора» (Электронный ресурс). – Режим доступа: https://electrono.ru/elektricheskie-mashiny/moshhnosti-poter-i-kpd-transformatora (Дата обращения: 03.05.2021)
2. « Еlpat. День рождения первого трансформатора» (Электронный ресурс). – Режим доступа: http://elpat.com.ua/khronograf-izobretenij/915-den-rozhdeniya-pervogo-transformatora (Дата обращения: 03.05.2021)
3. « Фоксфорд. Явление электромагнитной индукции» (Электронный ресурс). – Режим доступа: https://foxford.ru/wiki/fizika/yavlenie-elektromagnitnoy-induktsii (Дата обращения: 03.05.2021)
4. «Школа для электрика. Обратимость электрических машин» (Электронный ресурс). – Режим доступа: http://electricalschool.info/spravochnik/maschiny/1258-obratimost-jelektricheskikh-mashin.html (Дата обращения: 03.05.2021)
5. «МИТЭК. Современные трансформаторы в условиях высокой конкуренции» (Электронный ресурс), Режим доступа: http://www.mitek.spb.ru/press/articles/id39/ (Дата обращения: 03.05.2021)
6. «МИТЭК. Энергосберегающие трансформаторы ТМГ12» (Электронный ресурс). – Режим доступа: http://www.mitek.spb.ru/catalog/id4/  (Дата обращения: 03.05.2021)
7. «Трансформер. ТМГ Аморфные» (Электронный ресурс). – Режим доступа: http://transformator.ru/production/transformatory-tmg/tmg-amorfnye/ (Дата обращения: 03.05.2021)
8. «Энергетика. Оборудование. Документация. Трансформаторы с аморфным магнитопроводом» (Электронный ресурс). – Режим доступа: https://forca.ru/stati/podstancii/transformatory-s-amorfnym-magnitoprovodom.html (Дата обращения: 03.05.2021)