Автотрансформатор или трансформатор: в чем разница

Содержание

• Чем принципиально отличается автотрансформатор от трансформатора
• Чем автотрансформатор отличается от трансформатора в безопасности
• Трансформаторы и автотрансформаторы: где что применяют
• Чем отличается трансформатор от автотрансформатора в маркировке
• Автотрансформатор и трансформатор: разница для КТП предприятия
• Вопросы и ответы

У обычного трансформатора две отдельные обмотки, связанные только магнитным полем. У автотрансформатора одна обмотка с отводом: её часть общая для входа и выхода, поэтому они соединены ещё и электрически. Общая часть делает аппарат легче и дешевле, но выигрыш заметен лишь тогда, когда напряжения близки. Если на входе вдвое больше вольт, чем на выходе, он имеет около 50 % размера обычного, а при соотношении 20 к 1 уже 95 %. Поэтому автотрансформаторы соединяют сети 330 и 110 кВ, а потребителей 0,4 кВ от сетей 6–10 кВ питают обычные двухобмоточные трансформаторы.

Чем принципиально отличается автотрансформатор от трансформатора

ДСТУ 3270-95 определяет автотрансформатор как трансформатор, у которого две или более обмоток имеют общую часть. На практике это одна катушка на фазу с тремя выводами: начало, конец и отвод посередине. Обычный аппарат имеет две катушки, которые между собой не соприкасаются. Отсюда все остальные отличия.

Первые четыре строки описывают физику, и они не меняются от модели к модели. Остальные строки являются следствием: выгода в массе и опасность для потребителя появляются из той же общей обмотки.

Чем отличается автотрансформатор от трансформатора по схеме

В обычном трансформаторе вся мощность проходит «через воздух»: обмотка ВН намагничивает сердечник, поле наводит напряжение в НН. С общей обмоткой ток потребителя частично течёт прямо из сети через верхнюю часть обмотки. Магнитным полем передаётся лишь остальное. Поэтому по общему участку течёт разница входного и выходного токов, и этот участок можно мотать более тонким проводом.

Откуда берётся экономия и где она заканчивается

Долю мощности, которая идёт через магнитное поле, считают просто: 1 − U2/U1, где U1 и U2 — это входное и выходное напряжения. От этой доли зависят размер сердечника и масса обмотки. Ниже расчёт для пар напряжений, которые встречаются в энергосистеме.

Граница выгоды лежит примерно на соотношении 3 к 1: дальше двухобмоточный аппарат обычно выходит экономичнее. Для КТП 10/0,4 кВ общая обмотка сэкономила бы лишь несколько процентов материала, а безопасность потребителей ухудшила бы в корне.

Чем автотрансформатор отличается от трансформатора в безопасности

Электрическая связь между входом и выходом означает, что авария на стороне ВН может дойти до потребителя. У обычного аппарата между 10 кВ и розеткой стоит изоляция двух отдельных катушек. Здесь такого барьера нет, и это имеет конкретные последствия:

• пробой изоляции обмотки может подать на выход полное входное напряжение;
• нейтраль выходной сети не будет под потенциалом земли, если входная нейтраль не заземлена;
• сопротивление короткого замыкания меньше, поэтому токи КЗ больше, а защиту и коммутационные аппараты рассчитывают на эти токи;
• грозовые и коммутационные перенапряжения из сети ВН переходят в сеть НН значительно легче;
• схемы соединения входа и выхода должны быть одинаковыми, так что свободно сочетать звезду и треугольник, как в обычных аппаратах, не получится.

В сетях 110 кВ и выше нейтраль глухо заземлена, а оборудование обслуживает подготовленный персонал, поэтому эти риски там контролируемы. В сети 0,4 кВ, где к розеткам доступ имеет кто угодно, гальваническая развязка является главной функцией аппарата.

Трансформаторы и автотрансформаторы: где что применяют

Каждая схема заняла свои задачи. Автотрансформатор выигрывает там, где напряжения близки или где нужно плавное регулирование. Обычный трансформатор нужен везде, где важна развязка.

Масштаб сетевого оборудования хорошо виден на реальном примере. Для подстанции 330 кВ «Аджалык» в Одесской области «Укрэнерго» по тендеру декабря 2021 года заказало два автотрансформатора АТДТН-195000/330/110 по 74,4 млн грн каждый. Соотношение здесь 3 к 1, так что магнитным полем передаётся около двух третей из 195 МВА, а остальное идёт напрямую по проводу.

Чем отличается трансформатор от автотрансформатора в маркировке

Проще всего распознать схему по обозначению. Буква А стоит на первом месте, перед всеми остальными: АТДЦТН читается как автотрансформатор трёхфазный с дутьём и принудительной циркуляцией масла, трёхобмоточный, с регулированием под нагрузкой. Обычные серии начинаются сразу с количества фаз: ТМ, ТМГ, ТДТН. Дробь в таком названии содержит два высоких напряжения, например 330/110, тогда как у распределительного аппарата после черты стоит лишь класс ВН: 6, 10 или 35 кВ. Остальные буквы читаются по тем же правилам, и каждая из них разобрана в таблице расшифровки маркировки.

Автотрансформатор и трансформатор: разница для КТП предприятия

Для владельца цеха, склада или котельной выбор уже сделан экономикой и безопасностью. Подстанция снижает 6 или 10 кВ до 0,4 кВ, соотношение составляет от 15 до 25, и общая обмотка здесь не даёт ни экономии, ни безопасности. Поэтому в комплектных подстанциях стоят двухобмоточные модели:

• масляные с расширителем или герметичные, например ТМГ мощностью от 10 до 2500 кВА, для наружных КТП;
• сухие с литой изоляцией для подстанций внутри зданий;
• серии с регулированием под нагрузкой, когда питающая сеть «гуляет» в течение суток.

Остальные параметры (мощность, количество аппаратов, тип корпуса) определяет объект, и порядок выбора КТП для предприятия начинается именно с них.

Вопросы и ответы