ประเภทการจำแนกของหม้อแปลงไฟฟ้าและแอปพลิเคชันในการเก็บพลังงานคืออะไร
หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์หลักที่สำคัญในระบบไฟฟ้า ซึ่งทำหน้าที่ถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าและแปลงแรงดันไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในการแปลงกระแสไฟฟ้าสลับจากระดับแรงดันหนึ่งไปยังอีกระดับแรงดันหนึ่งหรือหลายระดับ ในกระบวนการส่งและจ่ายไฟฟ้า หม้อแปลงทำหน้าที่สำคัญใน "การเพิ่มแรงดันเพื่อส่งไฟฟ้าและการลดแรงดันเพื่อจ่ายไฟฟ้า" ขณะเดียวกันในระบบกักเก็บพลังงาน ก็ทำหน้าที่เพิ่มและลดแรงดัน เพื่อให้มั่นใจได้ว่าการส่งพลังงานมีประสิทธิภาพและการใช้งานปลายทางปลอดภัย
1. การจำแนกประเภทหม้อแปลงไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์หลักที่สำคัญในสถานีไฟฟ้าย่อย โดยหน้าที่หลักคือการเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าในระบบไฟฟ้า เพื่ออำนวยความสะดวกในการส่ง จ่าย และใช้พลังงานไฟฟ้าอย่างเหมาะสม หม้อแปลงไฟฟ้าในระบบจ่ายไฟสามารถจำแนกได้จากหลายมุมมอง
ตามหน้าที่: แบ่งออกเป็นหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน (step-up transformer) และหม้อแปลงลดแรงดัน (step-down transformer) ในระบบส่งและจ่ายระยะไกล จะใช้หม้อแปลงเพิ่มแรงดันเพื่อยกระดับแรงดันที่ค่อนข้างต่ำจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังระดับแรงดันสูง ในขณะที่สถานีไฟฟ้าย่อยปลายทางที่จ่ายไฟโดยตรงให้ผู้ใช้งานต่างๆ จะใช้หม้อแปลงลดแรงดัน
ตามจำนวนเฟส: แบ่งเป็นหม้อแปลงเฟสเดียว (single-phase transformer) และหม้อแปลงสามเฟส (three-phase transformer) หม้อแปลงสามเฟสมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในสถานีไฟฟ้าย่อยของระบบจ่ายไฟ ส่วนหม้อแปลงเฟสเดียวมักใช้กับอุปกรณ์เฟสเดียวที่มีความจุเฉพาะและขนาดเล็ก
ตามวัสดุลวดขดลวด: แบ่งเป็นหม้อแปลงแบบขดลวดทองแดง (copper-wound transformer) และหม้อแปลงแบบขดลวดอลูมิเนียม (aluminum-wound transformer) ในอดีต หม้อแปลงในโรงงานส่วนใหญ่ของจีนใช้ขดลวดอลูมิเนียม แต่ปัจจุบันหม้อแปลงขดลวดทองแดงที่มีการสูญเสียต่ำ โดยเฉพาะหม้อแปลงขดลวดทองแดงที่มีความจุมาก ได้รับการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางมากขึ้น
ตามโครงสร้างขดลวด: มีอยู่ 3 ประเภท ได้แก่ หม้อแปลงสองขดลวด (two-winding transformer) หม้อแปลงสามขดลวด (three-winding transformer) และหม้อแปลงอัตโนมัติ (autotransformer) หม้อแปลงสองขดลวดใช้ในสถานที่ที่ต้องการแปลงแรงดันเพียงระดับเดียว หม้อแปลงสามขดลวดใช้ในกรณีที่ต้องการแปลงแรงดันสองระดับ โดยมีขดลวดปฐมภูมิหนึ่งชุดและขดลวดทุติยภูมิสองชุด สำหรับหม้อแปลงอัตโนมัตินิยมใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อปรับแรงดัน
ตามวิธีการระบายความร้อนและฉนวนขดลวด: แบ่งเป็นหม้อแปลงแบบจุ่มน้ำมัน (oil-immersed transformer) และหม้อแปลงแบบแห้ง (dry-type transformer) หม้อแปลงแบบจุ่มน้ำมันมีคุณสมบัติในการฉนวนและการระบายความร้อนที่ดีกว่า ต้นทุนต่ำกว่า และบำรุงรักษาง่าย จึงได้รับความนิยมสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากน้ำมันมีฤทธิ์ติดไฟได้ จึงไม่เหมาะกับสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงต่อการเกิดเพลิงไหม้ ระเบิด หรือพื้นที่ที่ต้องการความปลอดภัยสูง หม้อแปลงแบบแห้งมีโครงสร้างเรียบง่าย ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และทนไฟ กันฝุ่น กันความชื้น แต่มีราคาแพงกว่าหม้อแปลงแบบจุ่มน้ำมันที่มีความจุเท่ากัน จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในพื้นที่ที่ต้องการความปลอดภัยจากไฟไหม้สูง โดยเฉพาะในสถานีไฟฟ้าย่อยภายในอาคารขนาดใหญ่ สถานีไฟฟ้าย่อยใต้ดิน และระบบกักเก็บพลังงาน
2. รุ่นหม้อแปลงไฟฟ้าและกลุ่มการต่อเชื่อม
มาตรฐานความจุ: ปัจจุบันจีนใช้ชุดค่า R10 ตามที่ IEC แนะนำในการกำหนดความจุหม้อแปลงไฟฟ้า โดยความจุจะเพิ่มขึ้นทีละเท่าของ R10=¹⁰√10=1.26 ค่าความจุที่พบบ่อย ได้แก่ 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA และ 3150kVA หม้อแปลงที่มีความจุต่ำกว่า 500kVA ถือว่าเป็นขนาดเล็ก ระหว่าง 630–6300kVA ถือว่าเป็นขนาดกลาง และขนาดใหญ่กว่า 8000kVA ถือว่าเป็นขนาดใหญ่
กลุ่มการต่อเชื่อม: กลุ่มการต่อเชื่อมของหม้อแปลงไฟฟ้าหมายถึงรูปแบบการต่อขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ รวมถึงความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างแรงดันสายปฐมภูมิกับทุติยภูมิ กลุ่มการต่อเชื่อมที่พบบ่อย ได้แก่ Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11 และ YNd11 สำหรับหม้อแปลงจ่ายไฟ 6~10kV (แรงดันข้างรอง 220/380V) กลุ่มการต่อเชื่อมที่ใช้บ่อยคือ Yyn0 และ Dyn11
กลุ่มการต่อเชื่อม Yyn0: ความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างแรงดันสายปฐมภูมิและทุติยภูมิคล้ายกับเข็มชั่วโมงและเข็มนนาทีที่ชี้ตำแหน่งเวลา 0 นาฬิกา (หรือ 12 นาฬิกา) ขดลวดปฐมภูมิต่อแบบดาว (star connection) ในขณะที่ขดลวดทุติยภูมิต่อแบบดาวพร้อมเส้นกลาง (neutral line) กระแสฮาร์โมนิกลำดับที่ 3n ที่อาจเกิดขึ้นในวงจรจะถูกส่งเข้าสู่กริดแรงดันสูงร่วม นอกจากนี้ กำหนดให้กระแสในเส้นกลางไม่เกิน 25% ของกระแสในสายเฟส ดังนั้น วิธีการต่อนี้จึงไม่เหมาะสมกับการใช้งานที่มีโหลดไม่สมดุลรุนแรงหรือมีฮาร์โมนิกลำดับที่ 3n ชัดเจน อย่างไรก็ตาม กลุ่มการต่อเชื่อม Yyn0 ต้องการความแข็งแรงของฉนวนในขดลวดปฐมภูมิน้อยกว่า (เมื่อเทียบกับ Dyn11) จึงมีต้นทุนการผลิตต่ำกว่าเล็กน้อย ในระบบ TN และ TT สามารถเลือกใช้หม้อแปลงกลุ่มการต่อเชื่อม Yyn0 ได้หากกระแสเส้นกลางที่เกิดจากกระแสเฟสเดียวไม่สมดุลไม่เกิน 25% ของกระแสเรตติ้งของขดลวดรอง และกระแสในเฟสใดๆ ไม่เกินกระแสเรตติ้งภายใต้โหลดเต็ม
กลุ่มการต่อเชื่อม Dyn11: ความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างแรงดันสายปฐมภูมิและทุติยภูมิคล้ายกับเข็มชั่วโมงและเข็มนนาทีที่ชี้ตำแหน่งเวลา 11 นาฬิกา ในกลุ่มการต่อเชื่อม Dyn11 จะเกิดกระแสหมุนเวียนในขดลวดปฐมภูมิ ซึ่งจะป้องกันไม่ให้กระแสฮาร์โมนิกอันดับสูงถูกส่งเข้าสู่กริดสาธารณะ และช่วยกดดันฮาร์โมนิกอันดับสูง ขดลวดทุติยภูมิต่อแบบดาวพร้อมเส้นกลาง และตามข้อกำหนด อนุญาตให้กระแสเส้นกลางสูงสุดถึง 75% ของกระแสเฟส ดังนั้น ความสามารถในการรองรับกระแสไม่สมดุลเฟสเดียวจึงสูงกว่าหม้อแปลงกลุ่มการต่อเชื่อม Yyn0 อย่างมาก สำหรับระบบจ่ายไฟยุคใหม่ที่มีการใช้งานโหลดเฟสเดียวเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะในระบบ TN และ TT หม้อแปลงที่ต่อแบบ Dyn11 ได้รับการสนับสนุนและประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลาย
3. การประยุกต์ใช้หม้อแปลงในระบบกักเก็บพลังงาน
บทบาทหลักของหม้อแปลงในระบบเก็บพลังงานคือการแปลงแรงดันและการปรับตัวในการส่งผ่านพลังงาน เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันตรงกันระหว่างแบตเตอรี่เก็บพลังงาน เครื่องแปลงไฟฟ้า/เครื่องกลับกระแส และระบบไฟฟ้า/โหลด ทำให้สามารถชาร์จและปล่อยพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย
การเชื่อมต่อเข้ากับระบบไฟฟ้า: ทำงานร่วมกับระบบแปลงไฟฟ้า (PCS) หม้อแปลงจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสลับที่ออกจาก PCS ขึ้นไปถึงระดับของระบบไฟฟ้า (เช่น 10kV/35kV) เพื่อเชื่อมต่อเข้ากับระบบไฟฟ้า หรือลดแรงดันของระบบไฟฟ้าลงมาเป็นระดับที่เหมาะสมกับ PCS ระหว่างการปล่อยพลังงาน นอกจากนี้ยังให้การแยกกระแสตรงเพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบของกระแสตรงถูกฉีดเข้าสู่ระบบไฟฟ้า
การกระจายพลังงานภายใน: ในสถานีเก็บพลังงานขนาดใหญ่ หม้อแปลงทำหน้าที่เป็นหม้อแปลงสถานี ลดแรงดันไฟฟ้าระดับสูงของระบบไฟฟ้าลงมาเป็นแรงดันต่ำ (เช่น 0.4kV) เพื่อให้พลังงานที่เสถียรสำหรับกลุ่มแบตเตอรี่เก็บพลังงาน ระบบช่วยเหลือ PCS อุปกรณ์ตรวจสอบ และส่วนประกอบอื่นๆ
การใช้งานทางผู้ใช้/ระบบไฟฟ้าขนาดเล็ก: สำหรับการเก็บพลังงานทางผู้ใช้ หม้อแปลงสามารถแปลงแรงดันที่ออกจากระบบเก็บพลังงานให้เหมาะสมกับโหลดของผู้ใช้ เพื่อจ่ายพลังงานโดยตรงไปยังโหลด ในระบบไฟฟ้าขนาดเล็ก หม้อแปลงยังสามารถปรับแรงดันอย่างยืดหยุ่นเพื่อรองรับการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างแหล่งกำเนิดพลังงานกระจายตัวแบบต่างๆ และโหลด
