Автотрансформатор чи трансформатор: у чому різниця

Зміст

• Чим принципово відрізняється автотрансформатор від трансформатора
• Чим автотрансформатор відрізняється від трансформатора в безпеці
• Трансформатори та автотрансформатори: де що застосовують
• Чим відрізняється трансформатор від автотрансформатора в маркуванні
• Автотрансформатор та трансформатор: різниця для КТП підприємства
• Питання та відповіді

У звичайного трансформатора дві окремі обмотки, зв’язані тільки магнітним полем. В автотрансформатора одна обмотка з відводом: її частина спільна для входу й виходу, тому вони з’єднані ще й електрично. Спільна частина робить апарат легшим і дешевшим, але виграш помітний лише тоді, коли напруги близькі. Якщо на вході вдвічі більше вольт, ніж на виході, він має близько 50 % розміру звичайного, а при співвідношенні 20 до 1 вже 95 %. Тому автотрансформатори з’єднують мережі 330 і 110 кВ, а споживачів 0,4 кВ від мереж 6–10 кВ живлять звичайні двообмоткові трансформатори.

Чим принципово відрізняється автотрансформатор від трансформатора

ДСТУ 3270-95 визначає автотрансформатор як трансформатор, у якого дві або більше обмоток мають спільну частину. На практиці це одна котушка на фазу з трьома виводами: початок, кінець і відвід посередині. Звичайний апарат має дві котушки, які між собою не торкаються. Звідси всі інші відмінності.

Перші чотири рядки описують фізику, і вони не змінюються від моделі до моделі. Решта рядків є наслідком: вигода в масі й небезпека для споживача з’являються з тієї самої спільної обмотки.

Чим відрізняється автотрансформатор від трансформатора за схемою

У звичайному трансформаторі вся потужність проходить «через повітря»: обмотка ВН намагнічує осердя, поле наводить напругу в НН. Зі спільною обмоткою струм споживача частково тече прямо з мережі через верхню частину обмотки. Магнітним полем передається лише решта. Тому по спільній ділянці тече різниця вхідного й вихідного струмів, і цю ділянку можна мотати тоншим проводом.

Звідки береться економія і де вона закінчується

Частку потужності, що йде через магнітне поле, рахують просто: 1 − U2/U1, де U1 і U2 це вхідна та вихідна напруги. Від цієї частки залежать розмір осердя й маса обмотки. Нижче розрахунок для пар напруг, які трапляються в енергосистемі.

Межа вигоди лежить приблизно на співвідношенні 3 до 1: далі двообмотковий апарат зазвичай виходить економічнішим. Для КТП 10/0,4 кВ спільна обмотка зекономила б лише кілька відсотків матеріалу, а безпеку споживачів погіршила б докорінно.

Чим автотрансформатор відрізняється від трансформатора в безпеці

Електричний зв’язок між входом і виходом означає, що аварія на боці ВН може дійти до споживача. У звичайного апарата між 10 кВ і розеткою стоїть ізоляція двох окремих котушок. Тут такого бар’єра немає, і це має конкретні наслідки:

• пробій ізоляції обмотки може подати на вихід повну вхідну напругу;
• нейтраль вихідної мережі не буде під потенціалом землі, якщо вхідна нейтраль не заземлена;
• опір короткого замикання менший, тому струми КЗ більші, а захист і комутаційні апарати розраховують на ці струми;
• грозові та комутаційні перенапруги з мережі ВН переходять у мережу НН значно легше;
• схеми з’єднання входу й виходу мають бути однаковими, тож вільно поєднувати зірку й трикутник, як у звичайних апаратах, не вийде.

У мережах 110 кВ і вище нейтраль глухо заземлена, а обладнання обслуговує підготовлений персонал, тому ці ризики там контрольовані. У мережі 0,4 кВ, де до розеток доступ має будь-хто, гальванічна розв’язка є головною функцією апарата.

Трансформатори та автотрансформатори: де що застосовують

Кожна схема зайняла свої задачі. Автотрансформатор виграє там, де напруги близькі або де потрібне плавне регулювання. Звичайний трансформатор потрібен скрізь, де важлива розв’язка.

Масштаб мережевого обладнання добре видно на реальному прикладі. Для підстанції 330 кВ «Аджалик» в Одеській області «Укренерго» за тендером грудня 2021 року замовило два автотрансформатори АТДТН-195000/330/110 по 74,4 млн грн кожен. Співвідношення тут 3 до 1, тож магнітним полем передається близько двох третин із 195 МВА, а решта йде напряму по проводу.

Чим відрізняється трансформатор від автотрансформатора в маркуванні

Найпростіше розпізнати схему за позначенням. Літера А стоїть на першому місці, перед усіма іншими: АТДЦТН читається як автотрансформатор трифазний з дуттям і примусовою циркуляцією масла, трьохобмотковий, з регулюванням під навантаженням. Звичайні серії починаються одразу з кількості фаз: ТМ, ТМГ, ТДТН. Дріб у такій назві містить дві високі напруги, наприклад 330/110, тоді як у розподільчого апарата після риски стоїть лише клас ВН: 6, 10 чи 35 кВ. Решта літер читається за тими самими правилами, і кожну з них розібрано в таблиці розшифровки маркування.

Автотрансформатор та трансформатор: різниця для КТП підприємства

Для власника цеху, складу чи котельні вибір уже зроблено економікою й безпекою. Підстанція знижує 6 або 10 кВ до 0,4 кВ, співвідношення становить від 15 до 25, і спільна обмотка тут не дає ні економії, ні безпеки. Тому в комплектних підстанціях стоять двообмоткові моделі:

• масляні з розширювачем або герметичні, наприклад ТМГ потужністю від 10 до 2500 кВА, для зовнішніх КТП;
• сухі з литою ізоляцією для підстанцій усередині будівель;
• серії з регулюванням під навантаженням, коли живильна мережа «гуляє» протягом доби.

Решту параметрів (потужність, кількість апаратів, тип корпусу) визначає об’єкт, і порядок вибору КТП для підприємства починається саме з них.

Питання та відповіді