Трансформатори, як статичні електричні пристрої, використовують принцип електромагнітної індукції для перетворення певного значення напруги змінного струму або струму в інше або кілька різних значень напруги або струму з тією ж частотою. Вони відіграють незамінну основну роль у передачі та розподілі електроенергії. Будучи ключовим обладнанням в енергетичній системі, трансформатори працюють узгоджено із залізним сердечником і обмоткою для передачі електричної енергії від первинної сторони до вторинної через перетворення електромагнітної енергії, а також збільшують або зменшують напругу відповідно до потреб передачі та розподілу. У всьому ланцюзі виробництва, передачі та розподілу електроенергії потужність трансформаторів зазвичай більш ніж у три рази перевищує потужність генераторів, і їх продуктивність безпосередньо впливає на ефективність роботи та стабільність енергосистеми.
З точки зору базової конструкції, трансформатори в основному складаються з двох основних компонентів: залізного сердечника та обмотки. Крім того, вони також включають масляні баки, ізоляційні компоненти,перемикачі кранів, а також різні захисні пристрої. Залізний сердечник є частиною магнітної схеми трансформатора, яка забезпечує замкнуте магнітне коло з низьким магнітним опором для ефективного передачі магнітної енергії між первинною та вторинною обмотками. Щоб зменшити втрати на вихрові струми та гістерезис усередині залізного сердечника, залізний сердечник зазвичай виготовляють із холоднокатаних- листів кремнієвої сталі, які ізольовані на поверхні. Листи кремнієвої сталі стали кращим матеріалом для виготовлення залізних сердечників завдяки своїй чудовій магнітній провідності та низьким втратам. Обмотка - це частина схеми трансформатора, яка складається з проводів, змотаних разом. Обмотка, підключена до джерела живлення, називається первинною, а обмотка, підключена до навантаження, - вторинною. Для забезпечення надійної роботи трансформатора обмотка повинна мати високу термостійкість, механічну міцність і хороші умови розсіювання тепла. Не можна залишити без уваги і систему утеплення. Його основною функцією є забезпечення електричної ізоляції між струмоведучими частинами, запобігання коротким замиканням, дугам і несправностям, а також відіграє важливу роль у термічній стабільності та загальному терміні служби трансформаторів.
Технічні характеристики трансформаторів зазвичай відображаються різними параметрами, зазначеними на заводській табличці. Дані паспортної таблички в основному включають номінальну потужність, номінальну напругу та її відведення, номінальну частоту, групу з’єднання обмотки та номінальні дані про продуктивність, такі як напруга повного опору, струм без-навантаження, втрати без-навантаження та втрати навантаження. Номінальна потужність означає гарантовану повну вихідну потужність трансформатора за номінальних робочих умов, виміряну в кіловольт-амперах; Номінальна напруга визначає робочу напругу, яку може витримати трансформатор під час тривалої-експлуатації. Для адаптації до потреб змін напруги в електромережі зазвичай встановлюють відвод на стороні високої-напруги трансформатора, а вихідна напруга на стороні-низької напруги регулюють шляхом регулювання кількості витків обмотки високої-напруги. Втрата без навантаження відноситься до активної потужності, споживаної номінальною напругою, що подається на первинну сторону трансформатора, коли вторинна сторона розімкнута. Цей показник тісно пов’язаний з продуктивністю та процесом виробництва листової кремнієвої сталі із залізним сердечником; Втрата навантаження відноситься до потужності, яка споживається, коли вторинна обмотка замикається накоротко, а номінальний струм подається на первинну обмотку. Напруга повного опору відображає характеристики внутрішнього опору трансформаторів і має велике значення для паралельної роботи та конструкції захисту від короткого{12}}замикання.
З точки зору типів продукту,трансформаториможна розділити на дві категорії на основі різних охолоджуючих засобів: масляні трансформатори та сухі-трансформатори. Масляні трансформатори використовують мінеральне або синтетичне масло як ізоляційне та охолоджувальне середовище. Трансформаторне масло має чудові електроізоляційні характеристики, які можуть ефективно ізолювати обмотки високої-напруги від обмоток низької-напруги, запобігати пробою дуги та стати ефективним середовищем розсіювання тепла завдяки своїй високій питомій теплоємності. Він може відводити тепло, що виділяється залізним сердечником і обмоткою, у зовнішнє середовище. Структура масляного зануреного трансформатора включає шість основних модулів: систему залізного сердечника, систему обмотки, систему ізоляції, систему масляного бака, систему охолодження та захисний пристрій. В енергетичній системі масляні трансформатори виконують ключові завдання, такі як перетворення напруги, передача та розподіл електроенергії. Їх функція проходить через весь ланцюг живлення, від підвищення напруги на стороні генерації до регулювання напруги в лінії передачі, а потім до адаптації напруги на стороні розподілу. Масляні занурені трансформатори в основному використовуються на відкритому повітрі або в приміщеннях, які вимагають високої питомої потужності та тривалої-експлуатації, наприклад на великих підстанціях, системах передачі електроенергії та важких промислових об’єктах.
Протилежністю масляним трансформаторам є сухі-трансформатори, які використовують повітря чи інші сухі гази як ізоляцію та охолоджувач. Через те, що не використовується горюча ізоляційна олія, сухі-трансформатори мають значні переваги щодо пожежної безпеки та широко використовуються у закритих приміщеннях, які потребують запобігання пожежі та вибуху, наприклад у великих комерційних будівлях, лікарнях, станціях метро, висотних-будинках і центрах обробки даних. Сухі трансформатори зазвичай невеликі за розміром і придатні для встановлення в місцях з обмеженим простором, але їхні тверді ізоляційні матеріали мають відносно обмежені можливості теплопередачі та іноді потребують додаткових систем охолодження для підтримки нормальної робочої температури. З точки зору вартості, початкові інвестиції в сухі-трансформатори типу зазвичай вищі, ніж у масляні трансформатори, але завдяки їхньому простішому обслуговуванню та відсутності регулярної заміни ізоляційного масла вони можуть мати кращу економічну життєздатність у -тривалій експлуатації. При виборі конкретного проекту вибір масляних трансформаторів або сухих-типів зазвичай вимагає всебічного розгляду різних факторів, таких як сценарії застосування, умови навколишнього середовища, вимоги щодо запобігання пожежі та бюджетні обмеження.
Процес виробництва трансформаторів є ключовим фактором у визначенні їх продуктивності та надійності. Повний виробничий процес охоплює основні процеси, такі як виготовлення ізоляційних компонентів, виробництво котушок, виробництво залізного сердечника, виробництво паливного бака та структурних компонентів, а також остаточне складання. Процес виробництва залізних сердечників в основному включає поздовжнє та поперечне різання листів кремнієвої сталі, укладання та зв’язування залізних сердечників, а також герметизаційну обробку торців залізних сердечників. Сучасний процес укладання залізного сердечника використовує пневматичну перекидну та стоячу платформу для укладання, а також використовує спеціально розроблене пристосування для позиціонування, щоб забезпечити міцне з’єднання залізної стружки, тим самим зменшуючи втрати та шум. Виробництво котушок включає такі етапи, як намотування, сушіння, вакуумне лиття або просочення, затвердіння та вирівнювання котушок високої та низької напруги. У виробництві сухих-трансформаторів процес вакуумного лиття котушок високої-напруги є особливо критичним. Епоксидна смола повністю проникає всередину котушки під вакуумом і після затвердіння утворює щільний твердий ізоляційний шар, що значно покращує ізоляційні характеристики та стійкість виробу до короткого-замикання. Остаточний процес складання включає розбирання та складання залізного сердечника, складання котушки, кріплення затискачами, заводське тестування та встановлення аксесуарів, і кожен крок вимагає суворого контролю якості. Для масляних трансформаторів обробка сушіння корпусу, обробка трансформаторного масла та процес вакуумного занурення в масло є однаково важливими, оскільки ці процеси безпосередньо впливають на рівень ізоляції та термін служби виробу.
З постійним просуванням глобальної трансформації енергетичної структури та промислової цифрової модернізації промисловість трансформаторів зазнає глибоких змін. У макроконтексті цілі «подвійного вуглецю» висока ефективність і енергозбереження стали основним напрямком розвитку трансформаторних технологій. План реалізації високоякісного розвитку енергозберігаючого обладнання (2026-2028), виданий Міністерством промисловості та інформаційних технологій Китаю, чітко встановлює кількісну мету додати понад 75% високо-енерго-зберігаючих трансформаторів і досягти 15%-експлуатаційних-енергозберігаючих трансформаторів до 2028. На рівні екологізації науково-дослідні та дослідно-конструкторські можливості та виробничі можливості високо-ефективності й-енергозберігаючих трансформаторів постійно зростають, а частка ринку продуктів із низьким{13}}вуглецевим вмістом, таких як трансформатори з аморфних сплавів і тривимірні трансформатори з-залізним сердечником, поступово розширюється. Взявши як приклад матеріали з аморфних сплавів, їх характеристики намагнічення набагато кращі, ніж у традиційної кремнієвої сталі, що може зменшити втрати холостого ходу розподільних трансформаторів на 60–70%. Зі зрілістю промислового ланцюга їх економіка стає все більш помітною. У той же час прискорюється тенденція заміни мінерального масла екологічно чистими ізоляційними матеріалами. Ізоляційні рідини, що розкладаються та мають високу температуру займання, такі як природне ефірне масло, поступово замінюють традиційне мінеральне масло у високих вимогах пожежної безпеки. Деякі продукти досягли революційного прогресу в скороченні викидів вуглецю на 98% і швидкості біодеградації на 100%.
Інтелект також є важливим напрямком розвитку трансформаторної промисловості. Штучний інтелект, великі дані та технології Інтернету речей перетворюють традиційні трансформатори з пасивних «тупих пристроїв» на інтелектуальні термінали, які сприймаються, аналізуються, передбачувані та інтерактивні. Завдяки впровадженню датчиків у трансформатори для моніторингу багатовимірних змінних стану, таких як колірний спектр мастила, частковий розряд, гарячі точки обмоток і вібрації в режимі реального-часу, а також використання хмарних цифрових близнюків для прогнозування тенденцій старіння ізоляції та потенційних несправностей, режим експлуатації та технічного обслуговування змінюється від традиційного «регулярного технічного обслуговування» до «точного технічного обслуговування». Основна цінність інтелекту полягає в прогнозуванні стану, підготовці до експлуатації та технічному обслуговуванні, що дозволяє менеджерам обладнання вживати запобіжних заходів до виникнення несправностей, тим самим значно покращуючи експлуатаційну надійність енергосистеми.
У контексті міжнародної торгівлі розуміння та дотримання відповідних міжнародних стандартів і технічних специфікацій є необхідною умовою для експорту трансформаторів. Найпоширеніші стандартні системи в усьому світі наразі включають стандарти серії IEC 60076 Міжнародної електротехнічної комісії, стандарти серії IEEE C57 Сполучених Штатів і національні стандарти серії GB/T 1094 Китаю. Стандарт IEC підкреслює глобальну універсальність і взаємозамінність і є основою для більшості країн і регіонів для формулювання власних правил щодо трансформаторів; Стандарти IEEE домінують у Сполучених Штатах, Канаді та деяких країнах Латинської Америки, встановлюючи суворіші вимоги до механічної міцності та тривалої-безпеки експлуатації; Стандарт GB об'єднує технічні концепції IEC і адаптується до умов експлуатації китайської електромережі, а також включає додаткові вимоги до тестування для спеціальних робочих умов, таких як висока вологість і забруднення. Різні стандартні системи відрізняються в рівнях ізоляції, межі підвищення температури, стійкості до короткого-замикання та методах тестування. Наприклад, при випробуванні грозовим імпульсом визначена IEC тривалість відключення відрізняється від заданого діапазону IEEE, що відображає міркування щодо запасу безпеки при різних технічних шляхах. Для підприємств, які займаються експортом трансформаторів, точне визначення стандартної системи, застосовної до цільового ринку, і забезпечення відповідності продукції місцевим вимогам щодо технічної відповідності є ключовою передумовою для уникнення торговельних бар’єрів і забезпечення плавного просування проектів.
