Технические данные силовых трансформаторов.

Ф_m – амплитудное значение потока Ф₀.
Из (1.5) видно, что амплитуда основного магнитного потока определяется амплитудой U_1m, угловой частотой первичного напряжения ω и числом витков w₁ первичной обмотки.
Подставив (1.4) в (1.1), после дифференцирования получим

e₁=-E_1m sinωt; e₂= -E_2m sinωt (1.6)
где E_1m=ωФ_mw₁; E_2m=ωФ_mw₂ – амплитудные значения ЭДС взаимоиндукции.

Из формулы (1.6) видно, что ЭДС e₁ и e₂ совпадают друг с другом по фазе и отстают от вызывающего их магнитного потока на 90°. При переходе к действующим значениям ЭДС получаем:

E₁=4,44fФ_mw₁; E₂=4,44fФ_mw₂ (1.7)

Соотношение напряжений на входе и выходе трансформатора определяется в основном соотношением ЭДС взаимоиндукции в первичной и вторичной обмотках, которое называется теоретическим коэффициентом трансформации:

K _т = E ₁ / E ₂ = w ₁ / w ₂ (1.8)

Как видно, соотношение напряжений на обмотках трансформатора определяется соотношением чисел витков.

Ток, необходимый для создания магнитного потока и являющийся по характеру реактивным (индуктивным), называют намагничивающим током трансформатора I_0p. Он протекает по первичной обмотке независимо от того, нагружен трансформатор или нет, и является основной составляющей тока холостого хода (х.х.) трансформатора. По закону Ома для магнитной цепи:

Ф_m= √2·I_0pw₁/R_м (1.9)
где R_м - магнитное сопротивление магнитопровода трансформатора.

Преобразуя (1.9) с учетом (1.5), получим: I_0p=Ф_mR_м/(√2·w₁)=U₁R_м/(6,28f·w₁²)

Как видно, намагничивающий ток прямо пропорционален магнитному сопротивлению магнитопровода. Поэтому при проектировании и изготовлении магнитопроводов трансформаторов следует сводить к минимуму воздушные зазоры на пути основного магнитного потока, так как магнитная проницаемость воздуха значительно меньше магнитной проницаемости ферромагнитных материалов.
Необходимо отметить, что в реальных трансформаторах перемагничивание магнитопроводов происходит по нелинейному закону (петля намагничивания). Поэтому временной закон изменения ЭДС, токов и напряжений в зависимости от степени насыщения сердечника может более или менее отличаться от синусоидального.
Процесс передачи мощности с первичной на вторичную обмотку трансформатора сопровождается потерями части активной мощности. Мощность, называемая электрическими потерями, выделяется на активном сопротивлении обмоток при протекании по ним тока:

ΔP_э=I₁²R₁+I₂²R₂ (1.10)
где R₁ и R₂ - активные сопротивления обмоток.

Значение электрических потерь зависит от токов в обмотках, т.е. от режима нагрузки, поэтому электрические потери называют переменными потерями трансформатора.
Мощность ΔP_м, называемая магнитными потерями, выделяется в магнитопроводе при прохождении по ней переменного магнитного потока. Она обусловлена наличием вихревых токов, наводимых переменным потоком, и явлением гистерезиса.
Значение ΔP_м зависит от свойств материала магнитопровода, индукции в магнитопроводе и частоты его перемагничивания. Как видно из (1.5), поток, а следовательно, и индукция не зависят от нагрузки, поэтому потери ΔP_мназывают постоянными потерями трансформатора. Так как потери на вихревые токи и гистерезис пропорциональны примерно квадрату индукции, то ΔP_м ~ U₁². Выделение части потребляемой трансформатором мощности в виде электрических и магнитных потерь приводит к нагреву трансформатора.
Потери ΔP_м выделяются в трансформаторе и в режиме х.х., поэтому при х.х., не отдавая полезной выходной мощности, трансформатор потребляет от источника некоторую активную мощность, идущую на покрытие потерь. Следовательно, в токе х.х. I₀ имеется активная составляющая I_0a, которая обычно не превышает 10% от намагничивающей составляющей тока х.х. I_0p. У трансформаторов большой и средней мощности ток I₀= I_0a+j I_0p не превышает 2-10% от номинального; у трансформаторов микромощности его значение может достигать 40-60% от номинального.
Следует отметить, что наряду с трансформаторами, имеющими фиксированный коэффициент трансформации, выпускается ряд типов трансформаторов с регулируемым вторичным напряжением. В основном регулирование осуществляется изменением соотношения между числами витков первичной и вторичной обмоток. При ступенчатом регулировании обмотка, обычно вторичная, имеет ряд ответвлений с различным числом витков. Выводы ответвлений подведены к переключателю. Для плавного регулирования трансформатор может быть выполнен со скользящим контактом – щетками, перемещающимися по неизолированной контактной дорожке на поверхности проводников вторичной обмотки и подключающими к выходу различное число витков.

Трехфазныетрансформаторы.

Трехфазные трансформаторы мощностью в единицы и десятки кВ·А обычно выполняют с единой магнитной системой фаз; в этом случае конструкция магнитной системы напоминает конструкцию магнитной системы однофазного броневого трансформатора с той лишь разницей, что здесь поперечное сечение всех трех стержней одинаковое. Большими буквами A, B, C обозначаются выводы обмотки высокого напряжения, малыми a, b, c - выводы низкого напряжения. Основные схемы соединения обмоток фаз - звезда и треугольник. При схеме звезд (Y) концы обмоток x, y, z соединяются в общую нулевую точку, начала a, b и c подсоединяют к внешней цепи; при схеме треугольник (Δ) поочередно соединяют начала и концы обмоток фаз. ГОСТом рекомендуются следующие схемы соединения обмоток: Y/Y₀, Y/Δ и Y₀/Δ ; для трансформаторов малой мощности допускаются также схемы Δ/Δ , Δ/Y и Δ/Y₀.Схема Y₀означает соединение звездой с выведенной нулевой точкой. У трехфазных трансформаторов наряду с рекомендуемой схемой соединения обмоток указывается номер группы (от 0 до 12) трансформатора, соответствующий данной схеме. Группа характеризует сдвиг по фазе между первичным и вторичным линейными напряжениями трансформатора. Для параллельной работы должны подключаться трансформаторы, имеющие одинаковое выходное напряжение и принадлежащие к одной группе, чтобы не возникали уравнительные токи из-за разницы фаз выходных напряжений.

Рис.1.4

Трехфазные трансформаторы широко используются в качестве трансформаторов статических преобразователей, применяемых для питания электроприводов.

3.Конструкция силовых трансформаторов.

Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конст­руктивных элементов, основными из которых являются: магнит­ная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка.

В магнитной системе проходит магнитный поток транс­форматора (отсюда название «магнитопровод»). Магнитопровод является конструктивной и механической основой трансформа­тора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехничес­кой стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

Обмотки трансформа­торов могут быть концентри­ческими и чередующимися. В первом случае обмотки выполняют в виде цилинд­ров и располагают на стержне концентрически одна относи­тельно другой. Та­кое выполнение принято в боль­шинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой. В такой обмотке значительное число паек, она менее компактна и применяется для специальных электропечных транс­форматоров или для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной элек­трической и механической прочностью. Изоляция обмоток и от­водов от нее должна без повреждений выдерживать коммутацион­ные и атмосферные перенапряжения. Обмотки должны выдержи­вать электродинамические усилия, которые появляются при про­текании токов КЗ. Необходимо предусмотреть надежную систему охлаждения обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изоляции.

Для проводников обмотки используется медь и алюминий. Как известно, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспечивает широ­кое применение меди для обмоток трансформаторов. Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным сопротивлением, требует новой технологии выполнения обмоток. В настоящее время трансформаторы с алюминиевой обмоткой изготовляются на мощность до 6300 кВ.

Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в ос­новном надежностью его изоляции.

В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электро­картоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция).

Значительный эффект дает применение изоляции из специ­ально обработанной бумаги (стабилизированной), которая менее гигроскопична, имеет более высокую электрическую прочность и допускает большой нагрев. В сухих трансформаторах широко при­меняются новые виды изолирующих материалов повышенной на- гревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

Активную часть трансформатора вместе с отводами и переклю­чающими устройствами для регулирования напряжения помеща­ют в бак. Основные части бака — стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака ук­репляют охладительные устройства — радиаторы.

В трансформаторах небольшой мощности бак выполняется с вер­хним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку транс­форматора, а затем поднять активную часть из бака.

Если масса активной части более 25 т, то она устанавливается на донную часть бака, а затем накрывается колоколообразной вер­хней частью бака и заливается маслом. Такие трансформаторы с нижним разъемом не нуждаются в тяжелых грузоподъемных ус­тройствах для выемки активной части, так как при ремонтах пос­ле слива масла поднимается верхняя часть бака, открывая доступ к обмоткам и магнитопроводу.

Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экранируются с внутренней стороны пакетами из электротехни­ческой стали или пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).

Расширитель трансформатора представляет собой цилинд­рический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служа­щий для уменьшения площади соприкосновения масла с возду­хом. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из рас­ширителя или всасывается в него. Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то вла­га из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Для предотвращения этого расширитель связан с окру­жающей средой через силикогелевый воздухоосушитель. Силика­гель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колеба­ниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воз­дух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повы­шается. Чтобы избежать это, применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом), поступа­ющим из специальных эластичных емкостей.

Для контроля за работой трансформатора предусматриваются контрольно-измерительные и защитные устройства. К контрольным устройствам относят маслоуказатель и термометры. Маслоуказатель устанавливается на расширителе, термометр — на крышке бака. К защитным устройствам относятся реле понижения уровня масла и газовое реле.

Рис. 2. Трансформатор трехфазный трехобмоточный ТДТН-16000/110-80У1

1 — бак; 2 — шкаф автоматического управления дутьем; 3 — термосифонный фильтр; 4 — ввод ВН; 5 — ввод НН; 6 — ввод СН; 7 — установка трансформато­ров тока 110 кВ; 8— установка трансформаторов тока 35 кВ; 9— ввод 0 ВН; 10— ввод 0 СН; 11 — расширитель; 12 — маслоуказатель стрелочный; 13 — клапан предохранительный; 14 — привод регулятора напряжения; 15 — вентилятор си­стемы охлаждения; 16 — радиатор; 17 — каретка с катками

Конструкция современного силового масляного трансформатора.

Технические данные силовых трансформаторов.

Трансформаторы собственных нужд электростанций и пускорезервные

Предлагается два типа трансформаторов собственных нужд:

• генераторные, которые подключаются к генераторам электростанции,
• и пускорезервные, которые питаются от высоковольтной сети.

Пускорезервные трансформаторы обеспечивают электростанцию электроэнергией в период ее строительства, а также во время эксплуатации - в случае аварийной остановки генераторов. Оба типа трансформаторов, как правило, выпускаются с расщепленными обмотками и регулированием напряжения под нагрузкой.

Разнообразие применения силовых трансформаторов вызвало необходимость изготовления их весьма широкой номенклатуры. Силовые трансформаторы отличаются номинальной мощностью, классом напряжения, условиями и режимами работы, конструктивным исполнением. В зависимости от номинальной мощности и класса напряжения силовые трансформаторы подразделяются на несколько групп, так называемых габаритов, приведенных в таблице 1.

Таблица 1

В зависимости от условий работы, характера нагрузки или режима работы силовые трансформаторы разделяются на трансформаторы общего назначения, регулировочные и трансформаторы специального назначения (шахтные, тяговые, преобразовательные, пусковые, электропечные и др.).

Промышленностью выпускаются силовые трансформаторы, предназначенные для работы в районах с умеренным, холодным и тропическим климатом, для установки на открытом воздухе или в помещении.

В зависимости от вида охлаждения различают: сухие, масляные трансформаторы и трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком.
Условное обозначение различных типов трансформаторов включает в себя:
1) буквенное обозначение, характеризующее число фаз, вид охлаждения, число обмоток и вид переключения ответвлений. Кроме вышеуказанных обозначений стандартами и техническими условиями на отдельные виды исполнений трансформаторов могут предусматриваться дополнительные буквенные обозначения, характеризующие специальные особенности данного типа трансформатора;
2) обозначение номинальной мощности и класса напряжения;
3) обозначение года выпуска рабочих чертежей трансформаторов данной конструкции; указываются последние две цифры;
4) обозначение климатического исполнения и категории размещения по ГОСТ 15150-69.

Буквенное обозначение трансформаторов, приведенное в п. 1, состоит из следующих по порядку букв. Первая указывает число фаз: О — для однофазных трансформаторов; Т — для трехфазных. Следующие одна или две буквы указывают условное обозначение вида охлаждения

                                                                                     таблица 2

Таблица 2

Буква Т указывает условное обозначение трехобмоточных трансформаторов; двухобмоточные обозначения не имеют. Буква Н указывает условное обозначение трансформаторов с устройством РПН. Кроме того, для условного буквенного обозначения трансформаторов применяют следующие буквы:
А – перед условным буквенным обозначением числа фаз для автотрансформаторов;
Р – после условного обозначения числа фаз для трансформаторов с расщепленной обмоткой НН;
3 – после условного обозначения вида охлаждения для герметичных масляных трансформаторов или с негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи азотной подушки;
С или П – в конце условного буквенного обозначения для трансформаторов собственных нужд или для линий передачи постоянного тока.

Номинальная мощность и класс напряжения указываются через тире после буквенного обозначения в виде дроби, числитель которой — номинальная мощность в киловольт-амперах, знаменатель — класс напряжения трансформатора в киловольтах. Если автотрансформатор имеет обмотку СН напряжением 110 кВ и выше, то в виде сложной дроби добавляется обозначение класса напряжения обмотки СН.

Исполнения трансформаторов, предназначенных для работы в соответствующих климатических районах, обозначают следующими буквами:
У – в районах с умеренным климатом;
ХЛ – в районах с холодным климатом;
Т – в районах с тропическим климатом.
В зависимости от места размещения при эксплуатации различают следующие исполнения трансформаторов (по категориям):
1 – установка на открытом воздухе;
2 – установка в помещениях, где колебания температуры и влажности несущественно отличаются от внешней среды;
3 – закрытые помещения с естественной вентиляцией, где колебания температуры и влажности значительно меньше, чем на открытом воздухе;
4 – закрытые помещения с искусственно регулируемыми климатическими условиями;
5 – помещения с повышенной влажностью.

Примеры условных обозначений:
ТМ-100/10-77У1 — трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением, номинальная мощность 100 кВА, класс напряжения 10 кВ, конструкция 1977 г., для районов с умеренным климатом, установка на открытом воздухе.
ТСЗ-100/10-75УЗ — трехфазный сухой трансформатор защищенного исполнения, номинальная мощность 100 кВА, класс напряжения 10 кВ, конструкция 1975 г., для районов с умеренным климатом, установка в помещениях с естественной вентиляцией.
ТРДНС-40000/35 74Т1 — трехфазный двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой НН, с принудительной циркуляцией воздуха в системе охлаждения, с РПН, для собственных нужд электростанций, номинальная мощность 40 MBА, класс напряжения 35 кВ, конструкция 1974 г., тропического исполнения, для наружной установки.
АТДЦНТ-125000/220/110-98У1 — трехфазный трехобмоточный автотрансформатор с принудительной циркуляцией масла и воздуха в системе охлаждения, с РПН, номинальная мощность 125 MBА, с обмоткой ВН напряжением 220 кВ и обмоткой СН напряжением 110 кВ, конструкция 1998 г., для районов с умеренным климатом, для наружной установки.

Мы поможем в написании ваших работ!