Třífázový transformátor slouží v elektrárně k přizpůsobení výstupního napětí generátoru napětí přenosové soustavy.
Elektrický transformátor je netočivý stroj, schopný přenášet elektrickou energii z jednoho obvodu do druhého prostřednictvím elektromagnetické indukce. Hlavní oblast použití transformátorů je změna střídavého napětí zdrojového obvodu na vyšší nebo nižší napětí výstupního obvodu. Pokud jsou obě napětí stejná, plní transformátor jen funkci galvanického oddělení vstupního obvodu od výstupního.
Třífázový transformátor slouží v elektrárně k přizpůsobení výstupního napětí generátoru napětí přenosové soustavy.
V energetice se transformátory používají především v elektrárnách pro zvyšování napětí generátoru na napětí přenosové soustavy a v transformačních stanicích pro postupné snižování napětí přenosových linek na úroveň napětí distribuční sítě.
Poslední stupeň snižování přenosového napětí na nízké napětí distribuční sítě pomocí lokálního transformátoru
Každý transformátor se skládá z tří hlavních částí:
Princip činnosti transformátoru spočívá ve vytvoření magnetického toku φ střídavým proudem procházejícím vinutím primární (vstupní) cívky. Jádro je uspořádáno tak, aby magnetické siločáry procházely jak primární, tak i sekundární cívkou. V té se na základě Faradayova zákona elektromagnetické indukce indukuje sekundární výstupní napětí. Velikost sekundárního napětí závisí na počtu závitů sekundární cívky a na změně magnetického toku.
Základní typ transformátoru se skládá z primární a sekundární cívky a magnetického obvodu.
ui = −N . dφ / dt
Pokud bychom nepočítali se ztrátami v jádru a vinutích transformátoru, můžeme dosazením veličin do indukčního zákona vyjádřit základní rovnici ideálního transformátoru – poměr napětí primární a sekundární cívky se rovná obrácenému poměru jejich proudů.
P = U1 / U2 = I2 / I1
Poměr napětí udává též hodnotu převodu transformátoru P, která může být menší než 1 pro transformátor zvyšující napětí zdroje, nebo větší než 1 pro snižování napětí zdroje. Podobně jako poměr napětí určuje převod transformátoru, poměr počtu závitů vstupní a výstupní cívky určuje závitový poměr transformátoru.
Třífázový transformátor má primární i sekundární cívky pro každou fázi navinuty na samostatných magnetických jádrech.
Reálné transformátory pracují s určitými ztrátami. Jsou to hlavně ztráty v magnetickém obvodu transformátoru způsobené vířivými proudy a ztráty v cívkách způsobené ohmickým odporem vodičů, ze kterých jsou cívky navinuty. Průchod proudu cívkami je doprovázen ztrátovým Jouleovým teplem, které ohřívá vodiče cívek. Ohmické ztráty (ztráty nakrátko) se mění v závislosti na zatížení transformátoru.
Parazitní vířivé proudy vznikají v magnetickém obvodu transformátoru, ve kterém se naindukuje určité napětí. Kdyby bylo jádro magnetického obvodu z jednoho kusu kovu, protékal by jím zkratový vířivý proud (obvod je uzavřen), úměrný kvadrátu plochy, na které se indukuje. Řešením pro snížení ztrát vířivými proudy je rozdělení jádra magnetického obvodu na vzájemně izolované části s minimální plochou kolmou na směr magnetického indukčního toku. Magnetické obvody současných transformátorů se vyrábějí ze vzájemně izolovaných plechů.
Magnetický obvod i vinutí cívek jsou při práci ponořeny do transformátorového oleje, který izoluje a odvádí přebytečné teplo do chladičů.
Ztráty transformátorů způsobují jejich zahřívání. Proto musí být účinně chlazeny. Menší transformátory jsou chlazeny okolním vzduchem, větší, výkonové transformátory jsou většinou ponořeny do izolačního oleje, který nuceně nebo přirozenou cirkulací odvádí teplo přes chladiče oleje do okolí. Chlazení je možné regulovat počtem olejových chladičů a otáčkami ventilátorů na chladičích. Spouštění ventilátorů probíhá na základě teploty oleje.
V elektrárnách je nejdůležitější blokový transformátor, zajišťující vyvedení vyrobeného výkonu bloku do přenosové soustavy. Je dimenzován na nominální elektrický výkon bloku daný použitým generátorem, se kterým je spojen pomocí zapouzdřených vodičů.
Rezervní blokový jednofázový transformátor temelínského bloku se soustavou olejových chladičů
Pro menší výkony se používají kompaktní třífázové transformátory, pro větší výkony se osvědčil systém samostatného transformátoru pro každou fázi výstupního napětí.
Blokový transformátor plní úlohu vyvedení elektrického výkonu vyrobeného generátorem do přenosové soustavy. V případě temelínských bloků zvyšuje napětí generátoru 24 kV na napětí sítě 400 kV linek, vedoucích do nedaleké rozvodny Kočín. Z důvodu velkého výkonu bloku je zde namísto jednoho třífázového použita skupina tří samostatných jednofázových olejových transformátorů, umístěných ve venkovní rozvodně vedle strojovny.
Tři samostatné boxy pro tři jednofázové transformátory určené k vyvedení výkonu z bloku temelínské elektrárny
Mezi generátorem a blokovým transformátorem se nachází generátorový vypínač s odpojovačem a odbočka na dva transformátory vlastní spotřeby bloku s převodem 24 kV / 6 kV. Pokud blok běží a vyrábí elektřinu, jsou tyto odbočkové transformátory napájeny přímo z generátoru, v opačném případě, při vypnutém generátorovém vypínači, slouží blokový transformátor (napájený 400 kV linkou) jako 24 kV zdroj transformátorů vlastní spotřeby. V případě jakýchkoliv poruch nebo oprav na této hlavní trase mohou zabezpečovat napájení rozvodny vlastní spotřeby ještě další rezervní transformátory.
Blokový jednofázový transformátor je plášťového typu. Jeho magnetický obvod je tvořen třemi sloupky, nahoře a dole propojenými do tvaru ležaté osmičky, přičemž vinutí primární i sekundární cívky jsou umístěna na středový sloupek. Celé zařízení je položeno na spodní díl nádoby transformátoru a zakryto její horní zvonovitou částí. Nádoba je utěsněna a naplněna olejem. Přes stěnu nádoby transformátoru procházejí čtyři průchodky. Dvě slouží pro připojení zapouzdřených vodičů od generátoru, třetí průchodka slouží pro vyvedení (nebo přivedení) napětí 400 kV a poslední tvoří vyvedení nuly transformátoru (sekundární vinutí je zapojeno do hvězdy).
Ventilátory externích chladičů transformátorového oleje zajišťují optimální teplotu vinutí primárních a sekundárních cívek
Chlazení každé jednotky blokového transformátoru zajišťuje 7 externích chladicích okruhů, sestávajících z čerpadla oleje, vzduchového chladiče a dvou ventilátorů. Teplota transformátorového oleje je regulována v závislosti na aktuálním zatížení bloku. Chladicí okruh se spouští při 65 °C a vychladí olej až na 30 °C. V momentu, kdy chladicí okruhy nestačí a teplota oleje dosáhne 85 °C, dochází k odstavení transformátoru. Kolem každého transformátoru je instalováno stabilní hasicí zařízení, pod ním je odpadní jímka. Dva sousední transformátory jsou z bezpečnostních důvodů vždy odděleny betonovou stěnou.
Vlastní spotřeba bloku je v temelínské elektrárně řešena podobně jako v Dukovanech. Z hlavní trasy generátor – blokový transformátor jsou napájeny dva odbočkové transformátory. Z jejich sekundárních vinutí (každý transformátor má dvě sekundární vinutí) jsou napájeny čtyři blokové rozvodny nezajištěného napájení. Pokud dojde ke ztrátě pracovního napájení, jsou blokové rozvodny automaticky přepojené na systém rezervního napájení, zabezpečovaného přes transformátory rezervního napájení linkami 110 kV z rozvodny Kočín. Hodnota výkonu pro vlastní spotřebu temelínského bloku se pohybuje kolem 5 % (asi 50 MW).