Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Силовой трансформатор — статическое электромагнитное устройство, преобразующее переменное напряжение одной величины в напряжение другой величины при сохранении частоты. Понимание того, из чего состоит трансформатор, важно для проектировщика, эксплуатационщика и снабженца: от выбора материалов магнитопровода и обмоток до изоляции, бака, охлаждающей среды и вводов зависят потери, нагрузочная способность, ресурс и безопасность работы оборудования. В статье разобраны все ключевые конструктивные элементы масляного силового трансформатора общего назначения: магнитопровод из холоднокатаной анизотропной электротехнической стали, обмотки из меди или алюминия, система изоляции, бак и трансформаторное масло, высоковольтные и низковольтные вводы, защитные и вспомогательные устройства.
Изложение опирается на действующие нормативные документы — ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические условия», ГОСТ Р 52719-2007 (с Изм. № 1 от 01.03.2021), ГОСТ 16110-82 (терминология), ГОСТ 21427.1-83 (электротехническая сталь), ГОСТ 982-80 (трансформаторное масло), IEC 60085:2007 (нагревостойкость изоляции), а также серию IEC 60076 и её российские адаптации.
Силовой трансформатор включает несколько групп элементов, каждый из которых выполняет свою функцию в общей электромагнитной и термомеханической системе:
Активная часть — магнитопровод вместе с обмотками и главной изоляцией — определяет электромагнитные характеристики трансформатора. Все остальные элементы решают задачи охлаждения, защиты и эксплуатации, обеспечивая работоспособность активной части в течение всего срока службы (по ГОСТ 11677-85 — не менее 25 лет до полного срока службы).
Магнитопровод (сердечник) — это замкнутая магнитная цепь, по которой замыкается переменный магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой и сцепляющийся со вторичной. Он определяет величину потерь в стали (потери холостого хода) и индуктивность намагничивания.
Магнитопровод собирают из тонких пластин электротехнической холоднокатаной анизотропной стали (текстурованной), листы или ленты которой изготавливаются по ГОСТ 21427.1-83. Анизотропная сталь имеет ярко выраженную кристаллографическую текстуру с лёгким направлением намагничивания вдоль направления прокатки, что даёт минимальные удельные магнитные потери и максимальную индукцию насыщения по этому направлению.
Пластины собираются в пакеты с шихтовкой (попеременной укладкой) на стыках стержней и ярем, что снижает магнитное сопротивление в углах. Между пластинами обеспечивается изоляция (электроизоляционное покрытие или оксидная плёнка) для подавления вихревых токов.
Качество холоднокатаной анизотропной стали и культура шихтовки — определяющие факторы потерь холостого хода и тока намагничивания. Замена качественной стали более низкосортной (или нарушение технологии шихтовки и затяжки пакетов) приводит к росту потерь и нагрева сердечника, вибрации и шума.
Обмотки трансформатора — это совокупность последовательно соединённых витков проводника, охватывающих стержень магнитопровода. По обмоткам протекает ток нагрузки и ток намагничивания; они являются источником основной части тепловыделения в трансформаторе (потери в обмотках, или короткого замыкания).
Сам провод покрывается изоляцией: эмалевой плёнкой (для мелких сечений и сухих трансформаторов), бумажной обмоткой (для крупных проводов масляных трансформаторов), стеклянной нитью (для повышенной нагревостойкости). В современных конструкциях широко применяется CTC-провод (Continuously Transposed Conductor) — непрерывно транспонированный пучок из нескольких параллельных эмалированных жил под общей бумажной изоляцией; такая конструкция выравнивает токи в параллельных проводниках и снижает потери от вихревых токов.
В масляных силовых трансформаторах общего назначения изоляция относится к классу нагревостойкости A (предельная температура 105 °C) — целлюлозные материалы (бумага, картон, прессшпан), пропитанные маслом. Эта температура определяет допустимые превышения температуры обмоток и масла над окружающей средой при заданных режимах работы.
Действовавший ранее ГОСТ 8865-93 «Системы электрической изоляции. Оценка нагревостойкости и классификация» отменён с 01.01.2026 (Приказ Росстандарта от 29.08.2025 № 308). На замену действуют международный стандарт IEC 60085:2007 «Electrical insulation — Thermal evaluation and designation» и его российская/межгосударственная адаптация (ГОСТ IEC 60085); система классов нагревостойкости при этом сохраняется в том же виде.
Бак — герметичный сосуд, содержащий активную часть и трансформаторное масло. Бак выполняет три функции: размещение активной части, обеспечение электрической прочности (за счёт диэлектрических свойств масла), отвод тепла от обмоток и магнитопровода в окружающую среду.
Трансформаторное масло выполняет в масляном трансформаторе три ключевые функции: электрическая изоляция, теплоотвод от активной части, защита изоляции от увлажнения и окисления. По ГОСТ 982-80 трансформаторные масла представляют собой нефтяные масла сернокислотной или селективной очистки из малосернистых нефтей.
Помимо ГОСТ 982-80 ряд трансформаторных масел выпускается по техническим условиям производителей с торговыми обозначениями (например, ТКп, ВГ, ГК, АГК и др.) — это масла улучшенных или специальных свойств, применяемые в высоковольтных и высокоответственных трансформаторах.
В эксплуатации масло подвергается старению: окислению с образованием шламов и кислот, увлажнению, газосодержанию (метана, этана, водорода при разложении масла электрической дугой). Периодический хроматографический анализ растворённых газов (ХАРГ) — основной метод диагностики состояния масляного трансформатора в эксплуатации.
Для пожаро- и экологически опасных мест устанавливаются трансформаторы с альтернативными жидкими диэлектриками (синтетические эфиры, природные эфиры, кремнийорганические жидкости) или сухие трансформаторы с литой эпоксидной изоляцией. Они дороже масляных, но не требуют масляной ямы и не загрязняют окружающую среду в случае разгерметизации бака.
Вводы (proходные изоляторы) обеспечивают подключение токоведущих обмоток к внешней сети, проходя через крышку или стенку бака без потери электрической прочности и герметичности.
Вводы устанавливаются на крышке бака (обычно для классов до 110 кВ включительно) или на боковой стенке. Расположение определяется конструкцией трансформатора и требованиями к подключению ошиновки или КРУ.
Расширитель (consevator) — небольшая ёмкость, устанавливаемая над баком и сообщающаяся с ним. Объём масла в трансформаторе меняется с температурой; в расширитель уходит избыток при нагреве и возвращается обратно при охлаждении. Это позволяет полностью заполнить бак маслом и удерживать колебания уровня в малом объёме расширителя, где они меньше влияют на работу.
В расширителе предусматривается воздухоосушитель — заполненный силикагелем стакан, через который воздух поступает в расширитель при «вдохе» (охлаждении масла) и выходит при «выдохе» (нагреве). Силикагель задерживает влагу из воздуха.
В более современных трансформаторах применяют расширители с эластичной мембраной или с воздушной подушкой азота — масло полностью изолируется от воздуха, что радикально замедляет его окисление и увлажнение.
Газовое реле устанавливается в маслопроводе между баком и расширителем. При внутренних повреждениях (межвитковом замыкании, частичных разрядах, пробое масла) образуются газы — они скапливаются в реле и срабатывают первой ступенью на сигнал. При сильных повреждениях масло резко устремляется в расширитель, и вторая ступень реле срабатывает на отключение трансформатора. Газовое реле — одно из ключевых средств защиты масляных трансформаторов.
Коэффициент трансформации регулируется отводами на обмотке (как правило, на обмотке высшего напряжения). Переключение отводов выполняется специальным устройством, которое может быть двух типов:
Контактная система РПН размещается в отдельном баке с собственным маслом; коммутация сопровождается образованием небольшого количества газов, поэтому масло РПН и его контактные узлы обслуживаются по отдельному графику от основного бака трансформатора.
Систему охлаждения трансформатора обозначают четырёхбуквенным кодом по IEC 60076-2 / ГОСТ Р 52719-2007 (с Изм. № 1 от 01.03.2021). Первые две буквы — характеристики внутренней среды; следующие две — внешней.
В современных обозначениях для трансформаторов с альтернативными жидкими диэлектриками вместо «O» используют «K» (для жидкостей с температурой воспламенения выше 300 °C) или «L» (для негорючих синтетических жидкостей).
В трансформаторе различают два основных вида потерь:
η = P_2 / (P_2 + P_0 + β² · P_к),
где η — КПД трансформатора; P_2 — полезная мощность на вторичной обмотке, Вт; P_0 — потери холостого хода, Вт; P_к — потери короткого замыкания при номинальной нагрузке, Вт; β = I_2 / I_2н — коэффициент нагрузки (отношение текущего тока вторичной обмотки к номинальному).
КПД масляных силовых трансформаторов общего назначения в номинальном режиме обычно превышает 98%; у трансформаторов большой мощности (десятки и сотни МВ·А) приближается к 99,5%. Максимум КПД достигается при коэффициенте нагрузки β ≈ √(P_0 / P_к).
Активная часть — магнитопровод (сердечник) из пластин электротехнической анизотропной стали и обмотки из медного или алюминиевого провода с витковой и главной изоляцией. Корпусные элементы — бак (с гладкими, гофрированными стенками или с навесными радиаторами), крышка, опорная рама. Охлаждающая среда — трансформаторное масло (для масляных трансформаторов) или воздух (для сухих). Вводы высокого и низкого напряжения. Расширитель с воздухоосушителем. Газовое реле, предохранительный клапан, маслоуказатель, термометры. Устройство регулирования напряжения (РПН или ПБВ). У трансформаторов большой мощности — отдельные охладители с насосами и вентиляторами.
Из тонколистовой холоднокатаной анизотропной электротехнической стали по ГОСТ 21427.1-83. Стандартные марки — 3411, 3412, 3413, 3414, 3415 (классическая холоднокатаная) и 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409 (высокотекстурованная, Hi-B). Типичные толщины пластин — 0,27; 0,30; 0,35 мм. Сталь имеет высокую магнитную проницаемость и низкие удельные потери вдоль направления прокатки, что определяет потери холостого хода трансформатора. Пластины имеют электроизоляционное покрытие для подавления вихревых токов между ними.
Из обоих материалов. Медь — традиционный материал силовых трансформаторов средней и большой мощности и ответственных применений: высокая электропроводность (удельное сопротивление около 0,0172 Ом·мм²/м при 20 °C), хорошая теплопроводность, прочность, пластичность. Алюминий — материал распределительных трансформаторов малой и средней мощности, где экономия по массе и стоимости важнее: его удельное сопротивление около 0,028 Ом·мм²/м, что требует увеличения сечения проводника при той же мощности. Электрические характеристики трансформатора при правильном расчёте сечения у медных и алюминиевых обмоток равноценны.
Трансформаторное масло одновременно выполняет три функции. Электрическая изоляция: масло заполняет пространство между обмотками и корпусом, между обмотками разных потенциалов и т. д., создавая высокую электрическую прочность. Теплоотвод: масло циркулирует естественной (или принудительной) конвекцией, отбирая тепло от обмоток и магнитопровода и передавая его через стенки бака и радиаторы в окружающую среду. Защита изоляции от окружающей среды: масло не пропускает влагу и кислород к твёрдой изоляции, замедляя её старение. Трансформаторное масло вырабатывается по ГОСТ 982-80 из малосернистых нефтей; температура вспышки — не ниже 135 °C; 4-й класс опасности.
Расширитель — это дополнительная ёмкость над баком трансформатора, сообщающаяся с ним. Объём масла меняется с температурой: при нагреве оно расширяется, при охлаждении сжимается. Расширитель принимает избыток масла при нагреве и возвращает его в бак при охлаждении, удерживая колебания уровня в малом объёме над основным баком. Сверху на расширителе устанавливается воздухоосушитель — стакан с силикагелем, через который воздух поступает и выходит при «дыхании» трансформатора; силикагель задерживает влагу. В современных трансформаторах применяют расширители с эластичной мембраной или с азотной подушкой — масло полностью изолируется от воздуха.
Газовое реле (реле Бухгольца) устанавливается в маслопроводе между баком и расширителем. При внутренних повреждениях трансформатора (межвитковом замыкании, частичных разрядах, локальном перегреве, пробое масла) образуются газы, всплывающие к расширителю; они скапливаются в верхней камере реле, вытесняют поплавок и замыкают контакты сигнализации. При тяжёлых повреждениях (коротком замыкании, дуге внутри бака) масло резко устремляется в расширитель — это вызывает срабатывание второй ступени защиты на отключение трансформатора. Газовое реле — основное средство внутренней защиты масляных трансформаторов.
По действующему международному стандарту IEC 60085:2007 «Electrical insulation — Thermal evaluation and designation» и его адаптациям выделяют классы Y (90 °C), A (105 °C), E (120 °C), B (130 °C), F (155 °C), H (180 °C), а свыше 180 °C — классы по температурному индексу 200, 220, 250 °C. Цифра в обозначении — максимальная допустимая температура изоляции при длительной работе. Для масляных силовых трансформаторов общего назначения изоляция класса A — целлюлозные материалы (бумага, картон, прессшпан), пропитанные маслом. Сухие трансформаторы и трансформаторы со специальной изоляцией могут иметь классы F, H и выше. Ранее действовавший ГОСТ 8865-93 отменён с 01.01.2026 (Приказ Росстандарта от 29.08.2025 № 308); классификация сохранена в международной редакции.
ПБВ (переключение без возбуждения) — устройство, позволяющее изменять коэффициент трансформации только при полностью отключённом от сети трансформаторе. Конструктивно простое, без дуговой нагрузки на контакты. Типичный диапазон — 5 ступеней с шагом 2,5% (от −5% до +5%). РПН (регулирование под нагрузкой) — устройство, переключающее отводы без перерыва электроснабжения, с гашением дуги на специальных контактах. Конструктивно сложное, с собственным баком масла и собственными графиками обслуживания; типичные диапазоны — от ±10% до ±20% с большим числом ступеней. РПН устанавливают на трансформаторах сетей с переменной нагрузкой и напряжением, где требуется автоматическое поддержание уровня вторичного напряжения.
Это коды системы охлаждения трансформатора по IEC 60076-2 (ГОСТ Р 52719-2007). Первые две буквы — характеристики внутренней охлаждающей среды (масло) и способ её циркуляции; следующие две — характеристики внешней среды (воздух или вода) и способ её перемещения. ONAN — Oil Natural — Air Natural: естественная циркуляция масла, естественное охлаждение наружным воздухом. ONAF — Oil Natural — Air Forced: естественная циркуляция масла, принудительный обдув радиаторов вентиляторами. OFAF — Oil Forced — Air Forced: принудительная циркуляция масла насосами и принудительный обдув воздухом. ODAF — Oil Directed — Air Forced: направленная циркуляция масла через обмотки. OFWF и ODWF — варианты с водяным охлаждением.
Основной российский документ — ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические условия» (с Изм. № 1–4); терминология — по ГОСТ 16110-82. Для российских реалий действует также ГОСТ Р 52719-2007 (с Изм. № 1 от 01.03.2021), гармонизированный с международной серией IEC 60076 (Part 1 — General, Part 2 — Temperature rise, Part 3 — Insulation levels, Part 5 — Short-circuit и др.); часть 1 представлена также как ГОСТ 30830-2002 (МЭК 60076-1-93). Материалы: магнитопровод — по ГОСТ 21427.1-83 (анизотропная сталь) и ГОСТ 21427.2-83 (изотропная); трансформаторное масло — по ГОСТ 982-80 (соответствует IEC 60296 в части масел класса IIA). Системы изоляции и их классификация — по IEC 60085:2007 (после отмены ГОСТ 8865-93 с 01.01.2026). Методы испытаний — серия ГОСТ 3484. Эксплуатационные нормы — РД 34.45-51.300-97.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.