Трансформаторная подстанция — это устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения. Основной элемент каждой подстанции — трехфазный трансформатор (рис. 1).
Основу трансформатора составляет замкнутый магнитопровод, состоящий из трех стержней. На каждом стержне трансформатора располагаются две обмотки. Обмотку трансформатора, к которой подводится напряжение питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подключается нагрузка, — вторичной.
Принцип действия трансформатора основан на явлении взаимной индукции. При подключении первичной обмотки трансформатора к сети переменного тока напряжением по обмотке начинает проходить ток, который создает в сердечнике переменный магнитный поток Ф. Пронизывая витки вторичной обмотки, поток индуцирует в ней ЭДС U2, которая может быть использована для питания нагрузки.
Коэффициент трансформации
где w — число витков первичной и вторичной обмоток.
При к > 1 трансформатор является понижающим, а при к < 1 — повышающим.
Рис. 1. Трехфазный силовой трансформатор:
1 — расширитель; 2— радиатор; 3 — сердечник; 4 — обмотка высокого напряжения; 5— обмотка низкого напряжения
При работе трансформатора за счет токов в обмотках, перемагничивания магнитопровода и наличия вихревых токов в нем выделяется теплота. Поэтому в мощных трансформаторах магнитопровод с обмотками погружают в бак, заполненный трансформаторным маслом. Масло отводит теплоту за счет конвекции иди принудительной циркуляции. Для увеличения охлаждающей поверхности в стенки баков вваривают стальные трубы или радиаторы. Трансформаторное масло не только охлаждает трансформатор, но служит хорошим изолятором. Трансформаторы малой мощности (до 10 кВ-А) выполняют с воздушным охлаждением.
На рисунке 2 изображены основные характеристики силовых трансформаторов. Из рисунка видно, что существует определенная мощность нагрузки, при которой КПД трансформатора максимален. Эта мощность называется номинальной мощностью трансформатора. Поскольку обмотки трансформатора обладают сопротивлением, то напряжение на вторичной обмотке зависит от нагрузки трансформатора и равно номинальному только при номинальной мощности нагрузки. При уменьшении нагрузки напряжение возрастает, а при увеличении — уменьшается.
Рис. 2. Рабочие характеристики трансформатора
Кроме трансформатора на подстанции смонтированы необходимое коммутационное оборудование, приборы контроля и учета.
Трансформаторные подстанции бывают распределительные и потребительские. На распределительных (районных) подстанциях электроэнергия трансформируется с напряжения 500 кВ на напряжение 110 кВ, на потребительских — с 10 кВ на 380/220 В и подается непосредственно потребителям.
По конструктивному исполнению потребительские трансформаторные подстанции бывают открытые (наружной установки) и закрытые. Конструкция подстанции зависит от мощности трансформатора. При небольшой мощности его применяют мачтовые подстанции, когда трансформатор и все оборудование размещается на столбе. При мощности трансформатора более 100 кВ · А в отдельно стоящих кирпичных или металлических зданиях устанавливают комплектные трансформаторные подстанции типа КТП, которые полностью монтируют на заводе и поставляют в собранном виде.
