Transformator je uređaj koji pretvara izmjenični napon, struju i impedanciju. Princip rada transformatora je da je to statički električni aparat napravljen po principu elektromagnetne indukcije. Postoje mnoge klasifikacije toga. Prema svojim neuobičajenim funkcijama, može se podijeliti na impulsni energetski transformator, transformator srednje frekvencije, transformator okidača, transformator za zaštitu itd.
Transformator je električni uređaj koji prenosi električnu energiju ili prenosi signale iz jednog kola u drugo kolo koristeći princip elektromagnetne indukcije. Važna je komponenta za prijenos električne energije ili prijenos signala. Transformator je uređaj koji pretvara izmjenični napon, struju i impedanciju. Kada izmjenična struja teče kroz primarni kalem, AC magnetni tok se stvara u željeznom jezgru (ili magnetnom jezgru), tako da se napon (ili struja) indukuje u sekundarnom namotu. Transformator se sastoji od gvozdenog jezgra (ili magnetnog jezgra) i zavojnice. Zavojnica ima dva ili više namotaja, od kojih se namotaj spojen na napajanje naziva primarni zavojnica, a preostali namoti se nazivaju sekundarni.
1. Dozvoljena temperatura
Kada transformator radi, njegov namotaj i željezno jezgro stvaraju gubitak bakra i željeza. Ovi gubici se pretvaraju u toplotnu energiju, što uzrokuje porast temperature željeznog jezgra i zavojnice transformatora. Ako temperatura duže vrijeme prelazi dozvoljenu vrijednost, izolacija će postupno izgubiti svoju mehaničku elastičnost i stariti.
Temperatura svakog dijela transformatora je različita tokom rada. Temperatura zavojnice je najviša, a zatim temperatura jezgra. Temperatura izolacionog ulja je niža od temperature zavojnice i jezgre. Gornja temperatura ulja transformatora je viša od donje temperature ulja. Dozvoljena temperatura tokom rada transformatora se provjerava prema gornjoj temperaturi ulja. Za izolacioni transformator klase A u normalnom radu, kada je temperatura okolnog vazduha do 40 stepeni, granična radna temperatura namotaja transformatora je 105 stepeni. Kako je temperatura namotaja za 10 stepeni viša od temperature ulja, da bi se sprečilo pogoršanje kvaliteta ulja, gornja temperatura ulja transformatora je predviđena da ne prelazi 95 stepeni. U normalnim okolnostima, kako bi se spriječilo prekomjerno oksidiranje izolacijskog ulja, gornja temperatura ulja ne smije prelaziti 85 stepeni. Za transformatore koji koriste vodeno i vazdušno hlađenje sa prisilnom cirkulacijom ulja, gornja temperatura ulja ne bi trebalo često prelaziti 75 stepeni. (Maksimalna dozvoljena vrijednost gornje temperature ulja ovog transformatora je 80 stepeni)
II. Dozvoljeni porast temperature
Samo praćenje gornje temperature ulja tokom rada transformatora ne može garantovati siguran rad transformatora. Također je potrebno pratiti temperaturnu razliku između gornje temperature ulja i zraka za hlađenje – odnosno porast temperature. Razlika između temperature transformatora i temperature okolnog zraka naziva se porast temperature transformatora. Za izolacione transformatore klase A, kada je maksimalna temperatura okoline 40 stepeni, nacionalni standard propisuje da je porast temperature namotaja 65 stepeni, a gornja temperatura ulja je dozvoljena do 55 stepeni. Sve dok porast temperature transformatora ne prelazi specificiranu vrijednost, može se jamčiti siguran rad transformatora unutar specificiranog radnog vijeka pod nazivnim opterećenjem. (Transformator može raditi neprekidno 20 godina sa nazivnim opterećenjem tokom normalnog rada)
III. Razuman kapacitet
U normalnom radu, opterećenje koje nosi transformator treba biti oko 75-90% nazivnog kapaciteta transformatora.
IV. Razuman opseg struje
Maksimalna neuravnotežena struja niskog napona transformatora ne smije prelaziti 25% nazivne vrijednosti; dozvoljeni opseg promjene napona napajanja transformatora je plus ili minus 5% nazivnog napona.
Ako prelazi ovaj raspon, treba koristiti prekidač za podešavanje napona na specificirani raspon. (Podešavanje treba izvršiti prilikom nestanka struje) Regulacija napona se obično postiže promjenom položaja slavine primarnog namotaja. Uređaj koji povezuje i prebacuje položaj slavine naziva se izmjenjivač, koji prilagođava omjer transformacije promjenom broja zavoja visokonaponskog namota transformatora. Nizak napon nema efekta na sam transformator, samo smanjuje neki izlaz, ali ima uticaj na električnu opremu; napon raste, magnetni fluks raste, zasićenje željeznog jezgra, gubitak željeznog jezgra se povećava i temperatura transformatora raste.
V. Preopterećenje
Preopterećenje se dijeli na normalno preopterećenje i preopterećenje u slučaju nezgode. Normalno preopterećenje je uzrokovano povećanom potrošnjom energije korisnika u normalnim uvjetima napajanja. To će povećati temperaturu transformatora, uzrokujući brže starenje izolacije transformatora i smanjenje njegovog vijeka trajanja. Stoga rad preopterećenja općenito nije dozvoljen. U posebnim slučajevima, transformator može biti kratkotrajno preopterećen, ali ne smije biti veći od 30% nazivnog opterećenja zimi i 15% nazivnog opterećenja ljeti. Osim toga, kapacitet preopterećenja transformatora treba odrediti na osnovu porasta temperature transformatora i propisa proizvođača.
Kada dođe do havarije u elektroenergetskom sistemu ili korisničkoj trafostanici, da bi se osiguralo kontinuirano napajanje važne opreme, transformatoru je dozvoljeno kratko vrijeme raditi pod preopterećenjem, odnosno havarijskim preopterećenjem. Nezgodno preopterećenje će uzrokovati da temperatura zavojnice premaši dozvoljenu vrijednost, pa će izolacija stariti brže nego u normalnim uvjetima. Međutim, šansa od nesrećnog preopterećenja je mala, a generalno, transformator je podopterećen, pa će kratko preopterećenje oštetiti izolaciju transformatora. Vrijeme i višekratnik nesrećnog preopterećenja treba implementirati prema propisima proizvođača.