2. Трансформаторы

Вторым основным элементом электрической схемы ГЭС явля­ется трансформатор, с помощью которого на электростанциях проис­ходит преобразование (трансформация) энергии одного напряжения в другое (либо повышение, либо понижение). Необходимость, в частно­сти, повышения напряжения вызвана тем, что при передаче электро­энергии на большие расстояния обеспечивает снижение потерь в ли­ниях электропередач и уменьшает при этом сечение проводов. Транс­форматор - статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования электромагнитной индукции одной первичной сис­темы переменного тока в другую вторичную систему переменного тока.

Принцип действия трансформатора основан на явлении элек­тромагнитной индукции. На магнитопроводе, выполненного из ферро­магнитного материала (электротехническая сталь) устанавливаются две обмотки, которые носят название первичной и вторичной, одна из которых присоединяется к источнику переменного тока на напряжение U1, а к другой обмотке - вторичной - напряжения U2 подключен по­требитель Z_H.O6e эти обмотки не имеют электрической связи друг с другом и мощность передается электромагнитным путем через магни­топровод. При подключении первичной обмотки к источнику пере­менного тока в ней начинает протекать переменный ток I1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф.

Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в обеих обмотках ЭДС. При подключении же к вторичной обмотке нагрузки Z_h в последней появляется под дейст­вием ЭДС этой обмотки ток I2 и устанавливается напряжение U2.

Конструктивно трансформаторы делятся на два типа - масляные и сухие. Масляные трансформаторы имеют активную часть, которая помещается в бак, заполненный маслом, которое у мощных трансфор­маторов охлаждается специальной системой охлаждения масла, пред­назначенной для отвода выделяемого при работе трансформатора те­пла. У сухих трансформаторов активная часть охлаждается непосред­ственно окружающим воздухом. Масло, которым заполнен трансфор­матор, выполняет функции, как охлаждения активной части, так и изо­ляции токоведущих частей трансформатора. Требования к трансфор­маторным маслам чрезвычайно жесткие, особенно по параметрам со­держания влаги и растворенных газов, контроль за которыми в усло­виях эксплуатации осуществляется специализированными химлабора­ториями. Так, содержание влаги в единице объема масла не должно превышать 0,992% при температуре 20 градусов, а газосодержание - не более 1% по объему.

Основными конструктивными частями трансформатора явля­ются расширитель, который расположен на баке трансформатора, он наполовину заполнен маслом и служит для компенсации объема масла в трансформаторе при нагреве его во время работы, кроме того, он служит для контроля уровня масла во время работы и изоляции масла от наружного воздуха. Для исключения повреждения бака трансфор­матора на нем устанавливается выхлопная труба, один конец которой соединен с баком, а на втором конце устанавливается стеклянный диск, который разрушается при определенном давлении, которое мо­жет возникнуть внутри бака при внутреннем повреждении, которое всегда сопровождается выделением газов, образовывающихся при раз­ложении масла под воздействием высоких температур, которые сопро­вождают короткие замыкания. Между расширителем и баком транс­форматора устанавливается газовое реле, которое контролирует выде­ление газов во внутреннем объеме трансформатора и при накоплении определенного количества дает либо предупредительный сигнал пер­соналу, либо дает импульс на отключение трансформатора от сети. На баке трансформатора установлены высоковольтные вводы, с помощью которых происходит соединение обмоток трансформатора с внешней высоковольтной сетью высокого и низкого напряжения. Они пред­ставляют собой многоэлементную конструкцию проходного изолятора внутренней и внешней изоляции: внешняя изоляция - это фарфор, внутренняя - бумажная, многослойная, пропитанная маслом. Внутрен­ний объем ввода заполнен изоляционным маслом. При эксплуатации контролируются давление масла внутри ввода, состояние изоляции при помощи специального приспособления для измерения напряжения (ПИН), которое измеряет токи утечки по фазам, сравнивает их и, при отличие суммы 3-х токов по фазам от нуля, либо выдает предупреди­тельный сигнал, либо отключает трансформатор от сети с пуском сис­темы пожаротушения (на СШГЭС предупредительный сигнал выда­ется при токе небаланса 40 мА, отключение производится при токе небаланса Iнб=200 мА). Для защиты масла трансформатора от кон­такта с внешней средой на мощных трансформаторах устанавливается азотная защита, которая представляет собой некоторый объем азота, находящийся в расширителе трансформатора, который предохраняет масло от контакта с воздухом, повышая тем самым защищенность масла от окисления и увлажнения. В трансформаторах, где не устанав­ливается азотная защита, объем воздуха над уровнем масла в расшири­теле сообщается с атмосферным воздухом через специальный фильтр, который наполнен силикагелем - веществом, которое активно погло­щает влагу и при определенной концентрации поглощенного воздуха изменяет свой цвет, давая видимую информацию персоналу о том, что произошло насыщение влагой и требуется замена адсорбента - обычно это SiO₂.