Časti transformátora: kľúčové komponenty a ich úloha v distribúcii elektriny

Bez transformátorov by nebolo možné efektívne prenášať elektrinu na veľké vzdialenosti. Dochádzalo by k výrazným stratám. Čo sú však tie kľúčové komponenty, ktoré menia napätie striedavého prúdu a umožňujú efektívny prenos i distribúciu elektrickej energie? Aké sú časti transformátora a aká je ich funkcia v prevádzke?

Jadro: srdce transformátora

Jadro je kľúčovým prvkom transformátora. Slúži na vedenie magnetického toku medzi primárnym a sekundárnym vinutím, čím zabezpečuje efektívny prenos energie prostredníctvom elektromagnetickej indukcie. Zameriava a zosilňuje magnetické pole vytvorené prúdom vo vinutí. Čím z kvalitnejšieho materiálu je, tým sa minimalizujú straty energie a zvyšuje účinnosť transformátora.

Jadro sa zvyčajne vyrába z tenkých plechov z elektroocele s izolačnou vrstvou. Plechy sa vrstvia tak, aby sa znížili vírivé prúdy a tým aj tepelné straty. Tento materiál je vybraný pre svoje výborné magnetické vlastnosti – predovšetkým nízku hysteréznu stratu a vysokú magnetickú priepustnosť.

Podľa usporiadania magnetického toku v jadre rozlišujeme dva základné typy konštrukcie jadra:

• Jadrové (stĺpové) jadro: Vinutia sú umiestnené na ramenách jadra a magnetický tok prechádza najmä cez stĺpy. Tento typ jadra je jednoduchší a často sa používa v energetických aplikáciách.
  
• Plášťové jadro: Vinutia sú obklopené jadrom zo všetkých strán, čo vedie k nižším rozptylovým stratám a vyššej mechanickej odolnosti. Takéto usporiadanie je vhodné napríklad tam, kde existujú požiadavky na kompaktnosť a pevnosť.

Výber typu jadra závisí od požiadaviek konkrétnej aplikácie, ako sú veľkosť prúdu, napätie, rozmery a chladiace podmienky.

Vinutia: kľúčový prvok pri transformácii napätia

Vinutia patria medzi kľúčové časti transformátora. Sú to cievky, navinuté na jadro a na princípe elektromagnetickej indukcie umožňujú prenos elektrickej energie medzi obvodmi.

Najčastejšie v transformátore nájdeme:

• Primárne vinutia, ktoré prijímajú elektrickú energiu zo siete a vytvárajú magnetický tok v jadre. 
• Sekundárne vinutia, ktoré indukujú elektrické napätie podľa pomeru závitov a dodávajú ho do výstupného obvodu. 

Transformátory so zložitejšou štruktúrou, môžu mať aj terciárne vinutie, pomocné vinutie či vyrovnávacie vinutie.

Vinutia sa vyrábajú z medeného alebo hliníkového vodiča:

• Medené majú lepšiu vodivosť, menšie straty, ale vyššiu cenu. 
• Hliníkové sú lacnejšou alternatívou, ale disponujú väčším rozmerom i vyšším odporom. 

Dôležitá je aj izolácia vinutí. Používajú sa rôzne materiály, napríklad lak, papier, polyesterová fólia či epoxidová živica. 

Vinutia zohrávajú v správnej funkcii transformátora kľúčovú úlohu, pretože určujú výstupné napätie a efektivitu prenosu energie. Ak má sekundárne vinutie viac závitov ako primárne, transformátor napätie zvyšuje. Naopak, ak má sekundárne vinutie menej závitov ako primárne, transformátor napätie znižuje. Hovoríme tak o zvyšovacích a znižovacích transformátoroch.

Chladiace časti transformátora

Každý transformátor pri prevádzke generuje teplo. Ak by nebol dostatočne chladený, teplota by nebezpečne rástla, čo by spôsobilo napríklad degradáciu izolácie, zníženie účinnosti a v extrémnych prípadoch až poruchu zariadenia. Výber správneho chladiaceho systému je teda veľmi dôležitý:

• Olejové chladenie: Efektívne odvádza teplo a predlžuje životnosť zariadenia. Nájdeme ho vo veľkých výkonových transformátoroch v elektrárňach a rozvodných sieťach alebo priemyselných transformátoroch, kde je potrebná vysoká účinnosť.
• Vzduchové chladenie: Je menej náročné na údržbu a ekologicky prijateľnejšie. Používa sa v malých a stredných distribučných transformátoroch v mestských budovách, ale aj nemocniciach, kancelárskych priestoroch a tuneloch, kde je na prvom mieste bezpečnosť. Nehrozí totiž žiadne riziko úniku oleja.

Ďalšie časti transformátora dôležité pre bezpečnú a efektívnu prevádzku

Okrem hlavných častí, ako sú jadro, vinutia a chladiace systémy, je transformátor vybavený rôznymi doplnkami, ktoré zvyšujú jeho spoľahlivosť, bezpečnosť a funkčnosť a pomáhajú chrániť transformátor pred poškodením. Uľahčujú aj jeho údržbu a zabezpečujú správnu prevádzku:

• Elektrickú bezpečnosť zvyšujú izolátory, ktoré oddeľujú elektrické vodiče od kostry transformátora a zabraňujú elektrickým skratom (preskokom). 
• Spoľahlivý prenos elektrickej energie zabezpečujú pripojovacie svorky, ktoré slúžia na pripojenie transformátora k elektrickej sieti. 
• Na ochranu pred preťažením je transformátor väčšinou vybavený monitorovacím zariadením. V prípade olejových transformátorov aj pretlakovým ventilom, ktorý v prípade preťaženia alebo skratu, ak ich nezachytia iné ochrany, ochráni transformátor pred poškodením. 
• Prepínače odbočiek umožňujú nastaviť výstupné napätie podľa aktuálnych podmienok siete. Udržujú stabilné napätie a zvyšujú efektivitu zariadenia. 
• Nadmernému tlaku vo vnútri transformátora zabraňuje expanzná nádoba, ktorá kompenzuje zmeny objemu oleja spôsobené teplotnými výkyvmi. 
• Včasnú detekciu problémov, ako je napríklad únik oleja alebo prehrievanie, včas odhalia indikátory hladiny oleja a teploty.

Len správne fungovanie týchto komponentov zabezpečí bezpečnú a efektívnu prevádzku. Pomáhajú predchádzať výpadkom, predlžujú životnosť zariadenia a zaisťujú stabilnú dodávku elektrickej energie.