Трансформатор – электромагнитное устройство , имеющее две или более обмотки связанные индуктивно, предназначенное для преобразования напряжений переменного тока посредством электромагнитной индукции.
С помощью трансформаторов изменяются такие параметры электрической цепи, как напряжение, начальная фаза и частота. Трансформаторы используют на линиях электропередач, в измерительной технике и технике связи, при автоматизации производств, в электроустановках и других областях.

Классификация трансформаторов
1. По назначению трансформаторы делятся на:
• силовые;
• специальные;
• измерительные.
2. По действию трансформаторы бывают понижающие и повышающие.
3. По способу установки – внутренние и наружные.
4. По типу изоляции – масляные и сухие трансформаторы,
трансформаторы, заполненные негорючим жидким диэлектриком, трансформаторы с литой изоляцией;
5. По количеству фаз – однофазные и трёхфазные.
6. По количеству обмоток – двухобмоточные и многообмоточные.

Сфера применения трансформаторов определяется их назначением. Измерительные трансформаторы используют для того, чтобы изолировать измерительные приборы от больших токов и напряжений измеряемой цепи. Применение специальных трансформаторов ограничено выполняемыми ими функциями. Например, существуют трансформаторы, используемые в составе печей сопротивления и соляных электродных ваннах.

Силовые трансформаторы используются повсеместно, и в промышленности, и в быту. Например, на предприятиях каждому цеху может принадлежать свой трансформатор для обеспечения станков определённым напряжением. В бытовых целях они применяются, например, для подвода электричества к жилому дому и понижению напряжения до требуемого значения 380/220 В.

Основные заказчики силовых трансформаторов: предприятия, производящие электроэнергию (такие, как ГЭС, АЭС, ТЭС и т.д.), электросетевые компании, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, жилищно-коммунальное хозяйство, транспортная и социальная инфраструктура, объекты железнодорожного транспорта.

При выборе трансформатора руководствуются следующими критериями:
1. Категория электроснабжения – определяется количество трансформаторов. Объекты категории электроснабжения III – один трансформатор. Объекты II и I категории электроснабжения – два или в некоторых случаях три трансформатора.
2. Перегрузочная способность – определение мощности трансформатора.
3. Суточный график распределения нагрузок – учет нагрузок по времени и дням в неделю.
4. Экономичный режим работы трансформатора.
При выборе силового трансформатора необходимо учитывать все критерии, перечисленные в классификации выше: принцип действия, способ установки, тип изоляции, число фаз и число обмоток.

Выбор числа трансформаторов
Однотрансформаторные подстанции используются в двух случаях:
1. для объектов III категории электроснабжения
2. для потребителей, имеющих возможность резервирования электроснабжения с помощью АВР (автоматического включения резерва) с другого источника питания.
При питании потребителей I и II категории в аварийном режиме на двухтрансформаторной подстанции после срабатывания АВР целый трансформатор принимает на себя нагрузку неисправного. Поэтому его перегрузочной способности должно хватить на время замены вышедшего из строя трансформатора.
Выбор номинальных напряжений и способа регулирования вторичного напряжения трансформаторов:
Для двухобмоточных трансформаторов в паспортных данных приводятся номинальные напряжения обмотки высшего и низшего напряжения – UВН и UНН соответственно.
Для трехобмоточных – соответственно номинальные напряжения обмоток высшего, среднего и низшего напряжения - UВН, UСН и UНН.

По способу регулирования вторичного напряжения трансформаторы делят на:
1) регулируемые при помощи переключения отводов первичной обмотки при отключении трансформатора; такие трансформаторы снабжены устройством ПБВ (переключения без возбуждения);
2) регулируемые под нагрузкой, т.е. при помощи переключения отводов первичной обмотки без отключения трансформатора; такие трансформаторы снабжены устройством РПН (регулирования под нагрузкой);
В первом случае возможны нечастые сезонные изменения коэффициента трансформации в пределах от -5 до +5 процентов; обычно применяются пять ступеней переключения (-5; -2,5; 0; +2,5; +5 процентов). Во втором случае число ступеней больше (например, 13 ступеней в пределах от -9 до +9 процентов или 17 ступеней в пределах от -12 до +12 процентов, или 19 ступеней в пределах от -16 до +16 процентов). Трансформатор с РПН снабжен внешним контактным устройством для автоматического переключения ступеней. В обоих случаях нулевой отвод имеет напряжение, соответствующее UВН трансформатора.

Выбор трансформатора по мощности
Основным фактором, определяющим требуемую номинальную мощность трансформатора, является допустимая относительная аварийная нагрузка. Она определяется по соображениям допустимого дополнительного теплового износа изоляции трансформатора за время аварийного режима с учетом температуры охлаждающей среды, типа трансформатора и формы суточного графика нагрузки в аварийных условиях.

В зависимости от исходных данных различают два метода выбора номинальной мощности трансформаторов:
1) по заданному суточному графику нагрузки цеха за характерные сутки года для нормальных и аварийных режимов;
2) по расчетной мощности для тех же режимов.

Для производственных объектов руководствуются порядком ввода оборудования в работу. При этом учитывают, что все потребители не могут быть включены одновременно. Однако также принимают во внимание возможное увеличение производственной мощности.

Выбор группы и схемы соединения обмоток трансформаторов
Группу соединения обмоток трансформаторов выбирают так, чтобы трансформаторы в максимально возможной степени отвечали следующим условиям:
- препятствовали возникновению высших гармоник в электрических сетях;
- выравнивали нагрузку между фазами первичной обмотки при несимметричной нагрузке вторичной обмотки;
- ограничивали сопротивление нулевой последовательности цепи КЗ в случае питания четырехпроводных сетей.

Для выполнения первого и второго условий одну обмотку трансформаторов соединяют в звезду (Y), а другую - в треугольник (∆). На ГПП предприятий в звезду, как правило, соединена обмотка высшего напряжения (35-220 кВ), так как это может потребоваться системой заземления нейтрали в сетях этого напряжения;
обмотку низшего напряжения соединяют в треугольник. Соединение первичной обмотки в звезду облегчает, кроме того, регулирование напряжений путем переключения отводов. По этим причинам на ГПП промышленных предприятий используют преимущественно трансформаторы с группой соединения обмоток
звезда-треугольник (Y/∆) или звезда с выведенной нейтральной точкой – треугольник (Y0/∆). Такие же трансформаторы используют и на цеховых подстанциях, питающих трехпроводные сети низкого напряжения (например, сети напряжением 220 или 660 В без нейтрального проводника).

Для питания четырехпроводных сетей напряжением 220/380 или 380/660 В используют трансформаторы, у которых вторичная обмотка соединена в звезду с выведенной нейтральной точкой (Y0) или в зигзаг с выведенной нейтральной точкой (Z0). Для выполнения приведенных выше трех условий первичную обмотка
следовало бы соединить в треугольник, и оптимальной группой соединения трансформатора была бы ∆/Y0; этим же требованиям, особенно в части симметрирования, удовлетворяет также группа Y/Z0, используемая
при номинальной мощности трансформаторов от 25 до 100 кВ А. Группа Y/Y0 этими положительными свойствами не обладает и, в частности, отличается повышенным сопротивлением нулевой последовательности, что затрудняет защиту сетей от однофазных КЗ, возникающих при замыканиях на корпус и т.п. Поэтому трансформаторы с группой соединения обмоток Y/Y или Y/Y0 в большинстве случаев
не рекомендуют для питания цеховых сетей низкого напряжения.

Если большинство из этих параметров заданы начальными условиями, то тип изоляции (сухой, масляный) – вопрос, требующий особого внимания. Рассмотрим отдельно преимущества каждого типа изоляции.

Масляные трансформаторы
В таких трансформаторах магнитный провод и обмотки охлаждаются при помощи масла.
Преимущества масляных трансформаторов, следующие:
• обладают невысоким реактивным сопротивлением;
• хорошо переносят перегрузки во время короткого замыкания;
• характеризуются широким диапазоном температурных режимов: от -60 до +40;
• обмотки трансформатора защищены от внешних воздействий.

Сухие трансформаторы
Это трансформаторы с воздушным охлаждением. Тепло от нагретых частей таких трансформаторов отводится благодаря естественным воздушным потокам.
Сухие трансформаторы отличаются по виду применяемых обмоток, которые бывают открытого, монолитного и литого типов. Использование двух последних разновидностей ограничено за счёт худшего отвода тепла.
Из-за этого для таких катушек используется провод с большим сечением. А для охлаждения требуется увеличение зазоров между обмотками и корпусом, выполнение специальных окон для улучшения циркуляции воздуха и организация принудительного обдува.

Преимущества сухих трансформаторов:
• Обладают меньшими габаритами. Для них не требуется бак, расширитель и другие устройства;
• Менее огнеопасны, могут размещаться внутри помещений.
• Экологически безопаснее: нет угрозы загрязнения окружающей среды при утечке масла, нет токсичных и едких газов в случае пожара;
• Устойчивы к воздействию сырости и влаги;
• Простотой конструкции – это удешевляет производство и обеспечивает надёжность в работе.