Vad är krafttransformator och hur fungerar den?

I några av våra tidigare artiklar har vi diskuterat om transformatorns grunder och dess olika typer. En av de viktiga och vanliga Transformatorerna är Power transformator. Det används mycket för att öka och trappa ner spänningen vid elproduktionsstationen respektive distributionsstationen (eller transformatorstationen).

Tänk till exempel på blockschemat som visas ovan. Här används transformator två gånger medan den levererar elkraft till en konsument som är långt borta från generatorstationen.

Första gången är vid kraftgenereringsstationen för att öka spänningen som genereras av vindgeneratorn.
För det andra är det vid distributionsstationen (eller transformatorstationen) att trappa ner spänningen som tas emot i slutet av överföringsledningen.

Kraftförlust i transmissionslinjer

Det finns många anledningar till att använda en transformator i elkraftsystem. Men en av de viktigaste och enklaste anledningarna till att använda transformatorn är att minska strömförlusterna under elkraftöverföringen.

Låt oss nu se hur kraftförluster minskas avsevärt med hjälp av en transformator:

Först ekvationen av effektförlust P = I * I * R.

Här är jag = ström genom ledaren och R = ledarens motstånd.

Så effektförlusten är direkt proportionell mot kvadratet för strömmen som strömmar genom ledaren eller överföringsledningen. Sänk så storleken på strömmen som går genom ledaren, mindre effektförlusterna.

Hur vi kommer att dra nytta av denna teori förklaras nedan:

Säg initialspänning = 100V och belastningsdrag = 5A & levererad effekt = 500watt. Då måste överföringsledningar här bära en ström av magnitud 5A från källa till belastning. Men om vi förstärker spänningen i början till 1000V måste överföringsledningarna bara bära 0,5A för att leverera samma effekt på 500Watt.
Så vi kommer att öka spänningen i början av överföringsledningen med hjälp av en transformator och använda en annan effekttransformator för att trappa ner spänningen i slutet av överföringsledningen.
Med denna inställning minskar strömflödet genom 100 + kilometertransmissionslinjen avsevärt vilket minskar effektförlusten under överföring.

Skillnad mellan Power Transformer och Distribution Transformer

Krafttransformatorn drivs vanligtvis i full belastning eftersom den är konstruerad för att ha hög verkningsgrad vid 100% belastning. Å andra sidan har distributionstransformatorn hög effektivitet när belastningen ligger mellan 50% och 70%. Så distributionstransformatorer är inte lämpliga att köra vid 100% belastning kontinuerligt.
Eftersom effekttransformatorn leder till höga spänningar under upp- och nedstigning har lindningarna hög isolering jämfört med distributionstransformatorer och instrumenttransformatorer.
Eftersom de använder högnivåisolering är de mycket skrymmande i storlek och är också mycket tunga.
Eftersom kraftomvandlare vanligtvis inte är anslutna till bostäder direkt upplever de mindre belastningsvariationer, medan å andra sidan distributionstransformatorer upplever stora belastningsvariationer.
Dessa laddas helt 24 timmar om dygnet, så koppar- och järnförluster sker hela dagen och de förblir väldigt desamma hela tiden.
Flödestätheten i krafttransformatorn är högre än distributionstransformatorn.

Strömtransformatorns arbetsprincip

Krafttransformator fungerar på principen "Faradays lag om elektromagnetisk induktion". Det är den grundläggande lagen om elektromagnetism som förklarar arbetsprincipen för induktorer, motorer, generatorer och elektriska transformatorer.

Lagen säger " När en sluten slinga eller en kortsluten ledare kommer nära ett varierande magnetfält genereras strömflödet i den slutna slingan" .

För att förstå lagen bättre, låt oss diskutera den mer detaljerat. Låt oss först överväga ett scenario nedan.

Tänk på en permanent magnet och en ledare kommer först nära varandra.

Därefter kortsluts ledaren i båda ändarna med en tråd som visas i figuren.
I det här fallet kommer det inte att finnas något strömflöde i ledaren eller slingan eftersom magnetfältet som skär slingan är stillastående och som nämnts i lagen kan endast ett varierande eller föränderligt magnetfält tvinga ström i slingan.
Så i det första fallet med det stationära magnetfältet kommer det att vara noll flöde i ledarslingan.

sedan fortsätter magnetfältet som skär slingan. Eftersom det finns ett varierande magnetfält närvarande i detta fall kommer Faradays lagar att spela och därmed kan vi se ett strömflöde i ledarslingan.

Som du kan se i figuren, efter att magneten rör sig fram och tillbaka får vi se en ström 'I' som strömmar genom ledaren och den slutna slingan.

för att ersätta den med andra varierande magnetfältkällor som nedan.

Nu används en växelspänningskälla och en ledare för att generera ett varierande magnetfält.
Efter att ledningsslingan har kommit nära magnetfältområdet kan vi se en EMF genererad över ledaren. På grund av denna inducerade EMF kommer vi att ha ett strömflöde 'I'.
Storleken på den inducerade spänningen är proportionell mot fältstyrkan som upplevs av den andra slingan, så ju högre magnetfältstyrkan är desto högre är strömflödet i den slutna slingan.

Även om det är möjligt att använda en enda ledare för att förstå Faradays lag. Men för bättre praktisk prestanda använder man en spole på båda sidor.

Här strömmar en växelström genom primärspolen 1 som genererar det varierande magnetfältet runt ledarspolarna. Och när spolen 2 går in i det magnetfält som genereras av spolen 1 genereras en EMF-spänning över spolen 2 på grund av Faradays lag om elektromagnetisk induktion. Och på grund av den spänningen i spole2 flyter en ström 'I' genom den sekundära slutna kretsen.

Nu måste du komma ihåg att båda spolarna är upphängda i luften så att ledningsmediet som används av magnetfältet är luft. Och luften har högre motstånd jämfört med metaller när det gäller magnetfältledning, så om vi använder en metall- eller ferritkärna för att fungera som ett medium för elektromagnetiskt fält kan vi uppleva elektromagnetisk induktion mer noggrant.

Så låt oss nu ersätta luftmediet med järnmediet för ytterligare förståelse.

Som visas i figuren kan vi använda järn- eller ferritkärna för att minska den magnetiska flödesförlusten under kraftöverföring från en spole till en annan spole. Under denna tid kommer det magnetiska flödet som läcker ut i atmosfären att vara betydligt mindre än den tid vi använde luftmedium som kärna är en mycket bra ledare för magnetfältet.

När fältet väl har genererats av spole 1 kommer det att strömma genom järnkärnan och nå spolen 2 och på grund av långt ifrån lag genererar spolen 2 en EMF som kommer att läsas av galvanometern ansluten över spolen 2.

Om du nu följer noga kommer du att hitta denna inställning som en enfasstransformator. Och ja, varje transformator som finns idag fungerar på samma princip.

Låt oss nu titta på den förenklade konstruktionen av trefasstransformatorn.

Tre-fas transformator

Transformatorns skelett är designat genom att laminerade metallplåtar sätts in som används för att bära magnetiskt flöde. I diagrammet kan du se att skelettet är målat grått. Skelettet har tre kolumner där lindningar i tre faser lindas.
Den nedre spänningslindningen lindas först och lindas närmare kärnan medan högre spänningslindning lindas ovanpå den nedre spänningslindningen. Kom ihåg att båda lindningarna är åtskilda av ett isoleringsskikt.
Här representerar varje kolumn en fas, så för tre kolumner har vi trefaslindning.
Hela denna uppsättning av skelett och lindning är nedsänkt i en förseglad tank fylld med industriell olja för bättre värmeledningsförmåga och isolering.
Efter lindningen fördes ändanslutningarna på alla sex spolarna ut ur den förseglade tanken genom en HV-isolator.
Terminalerna är fixerade på ett rimligt avstånd från varandra för att undvika gnisthopp.

Funktioner i Power Transformer

Nominell effekt	3 MVA upp till 200 MVA
Primära spänningar typiskt	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
Sekundära spänningar typiskt	3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132 kV eller anpassad specifikation
Faser	En- eller trefasstransformatorer
Betygsatt frekvens	50 eller 60 Hz
Tappning	Kranbytare vid belastning eller avlastning
Temperatur ökning	60 / 65C eller anpassad specifikation
Kyltyp	ONAN (naturlig naturlig luftolja) eller andra typer av kylning som KNAN (max 33kV) på begäran
Radiatorer	Tankmonterade kylarpaneler
Vektorgrupper	Dyn11 eller någon annan vektorgrupp enligt IEC 60076
Spänningsreglering	Via kranbytare vid belastning (med AVR-relä som standard)
HV- och LV-terminaler	Luftkabeltyp (max 33 kV) eller öppna bussningar
Installationer	Inomhus eller utomhus
Ljud nivå	Enligt ENATS 35 eller NEMA TR1

Tillämpningar av kraftöverföring

Krafttransformatorn används huvudsakligen i elproduktion och vid distributionsstationer.
Den används också i isoleringstransformatorer, jordningstransformatorer, sex puls- och tolv pulslikriktare, solcellstransformatorer, vindkrafttransformatorer och i Korndörfer autotransformatorstartare.
Den används för att minska effektförluster under elkraftöverföring.
Den används för högspänningsstegning och högspänningsstegring.
Det föredras under långväga konsumentfall.
Och föredras i fall där belastningen går med full kapacitet 24x7.