Трансформаторы назначение и принцип действия – 28. Поясните назначение и принцип действия защит трансформатора. Трансформаторы напряжения назначение и принцип действия

Содержание

6. Трансформаторы

26Дата печати 29.03.2009 17:23:002626

6.1. Назначение, устройство и принцип действия трансформаторов.

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, преобразующие электрическую. энергию переменного тока с параметрами U1, I1 в электрическую энергию переменного тока с параметрами U2, I2 той же частоты. [1, 5].

Основное назначение трансформаторов – согласование уровней номинальных (рабочих) напряжений или токов источников и приёмников электрической. энергии. Кроме согласования трансформаторы применяются для выполнения разделительных, измерительных, дифференцирующих и некоторых других функций, а также специальных функций (например, сварочные трансформаторы ) [5].

Устройство трансформатора показано на рисунке 6.1.

6.1. К пояснению устройства и принципа действия трансформатора.

Трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного магнитопровода (сердечника), на котором расположены две обмотки, выполненные из медного или алюминиевого провода. Для уменьшения потерь в стали, сердечник собирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

Обмотка, с числом витков W1, подключаемая к источнику питания, называется первичной. К другой обмотке с числом витков W2, называемой вторичной, подключается приёмник Zн.

Все величины, относящиеся к первичной обмотке (напряжение, ток, мощность, число витков и т. д.) называются первичными, а величины, относящиеся ко вторичной обмотке, - вторичными.

Трансформатор, у которого W2 < W1, называется понижающим. Если

W2 > W1, то трансформатор называется повышающим.

Величина к = W1/ W2 называется коэффициентом трансформации трансформатора.

Трансформатор, имеющий первичную и одну вторичную обмотку, называется двухобмотачным. Если у трансформатора две или более вторичных обмоток, то он называется

трёх- или многообмотачным.

В однофазных цепях синусоид тока применяют однофазные трансформаторы, в трёхфазных цепях – трёхфазные трансформаторы [Борисов, с. 288-289].

На рисунке 6.2. показаны условные графические обозначения трансформаторов в электрических схемах.

Рис. 6.2. Условные графические обозначения схем однофазного (а, б)

и трёхфазного (в, г) трансформаторов.

У однофазных трансформаторов начало и конец первичной обмотки обозначаются большими буквами: начало А, конец Х; вторичной обмотки – малыми буквами: начало а, конец х. Предполагается, что направление обмотки от начала к концу относительно магнитопровода обеих обмоток одинаковое: или по часовой, или против часовой стрелки [Зорин, с. 304].

По мощности трансформаторы подразделяются на трансформаторы:

малой мощности – до 50 – 1000 ВА;

средней мощности – до 20 – 500 кВА;

большой мощности – до 500 000 – 1 000 000 кВА.

(см. [Зорин, с. 332-333]).

Трансформаторы средней и большой мощности, используемые в системах передачи и распределения электроэнергии, а также при её использовании в промышленных установках называются силовыми.

Трансформаторы, устанавливаемые на электрических станциях и подстанциях, называются силовыми трансформаторами общего назначения. В промышленности широко распространены также силовые трансформаторы специального назначения: выпрямительных, сварочных и др. электроустановок.

Трансформаторы малой мощности применяются в радиотехнических системах и системах автоматического управления производственными процессами. Сюда относятся импульсные, разделительные, согласующие, дифференцирующие и др. типы маломощных трансформаторов.

Несмотря на большое разнообразие типов трансформаторов, принцип действия всех трансформаторов одинаков и основан на явлении электромагнитной индукции.

studfiles.net

устройство и принципы работы, назначение и область применения прибора

Название "трансформатор" произошло от латинского слова «transforмare», что значит "превращать, преобразовывать". Именно в этом и заключается его суть — преобразование путем магнитной индукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но аналогичной частоты. Главное назначение трансформатора — использование в электросетях и источниках питания разнообразных приборов.

Устройство и принцип действия

Трансформатор — это прибор для преобразования переменного тока и напряжения, не имеющий подвижных частей.

Устройство трансформаторов состоит из одной или нескольких обособленных проволочных, иногда ленточных катушек (обмоток), которые охвачены единым магнитным потоком. Катушки, как правило, наматывают на сердечник (магнитопровод). Обычно он изготавливается из ферромагнитного материала.

На рисунке схематично представлен принцип работы трансформатора.

На рисунке видно, что первичная обмотка подсоединена к источнику переменного тока, а другая (вторичная) — к нагрузке. В витках первичной обмотки при этом проистекает переменный ток, его величина I1. А обе катушки охватывает магнитный поток Ф, производящий в них электродвижущую силу.

Если вторичная обмотка находится без нагрузки, то такой режим работы преобразователя называется «холостой ход». Когда вторичная катушка под нагрузкой, в ней под действием электродвижущей силы возникает ток I2.

Выходное напряжение при этом зависит напрямую от того, сколько витков на катушках, а сила тока — от диаметра (сечения) провода. Другими словами, если обе катушки имеют равное количество витков, то напряжение на выходе будет равно напряжению на входе. А если на вторичную катушку намотать в 2 раза больше витков, то и напряжение на выходе станет в 2 раза выше входного.

Итоговый ток зависит также и от диаметра провода обмотки. Например, при большой нагрузке и маленьком диаметре провода может произойти перегрев обмотки, нарушение целостности изоляции и даже полный выход из строя трансформатора.

Во избежание таких ситуаций составлены таблицы для расчета преобразователя и выбора диаметра провода под заданное выходное напряжение.

Классификация по видам

Трансформаторы принято классифицировать по нескольким признакам: по назначению, по способу установки, по типу изоляции, по используемому напряжению и т. д. Рассмотрим самые распространенные виды приборов.

Силовые преобразователи

Такой вид приборов применяется для подачи и приема электрической энергии на ЛЭП и с ЛЭП с напряжением до 1150 квт. Отсюда и название — силовой. Эти приборы функционируют на низких частотах — порядка 50−60 Гц. Их конструктивными особенностями является то, что они могут содержать несколько обмоток, которые располагаются на броневом сердечнике, изготовленном из электротехнической стали. Причем катушки низкого напряжения могут быть запитаны параллельно.

Такой прибор носит название трансформатор с расщепленными обмотками. Обычно силовые трансформаторы помещают в емкость с трансформаторным маслом, а самые мощные агрегаты охлаждают активной системой. Для установки на подстанциях и электростанциях используют трехфазные приборы мощностью до 4 тыс. кВА. Они получили наибольшее распространение, так как потери в них уменьшены на 15% по сравнению с однофазными.

Автотрансформаторы (ЛАТР)

Это особая разновидность низкочастотного прибора. В нем вторичная обмотка одновременно является частью первичной и наоборот. То есть катушки связываются не только магнитно, но и электрически. Разное напряжение получается и с одной обмотки, если сделано несколько выводов. За счет использования меньшего количества проводов достигается удешевление прибора. Однако при этом отсутствует гальваническая развязка обмоток, а это уже существенный недочет.

Автотрансформаторы нашли применение в высоковольтных сетях и в установках автоматического управления, для запуска двигателей переменного тока. Целесообразно их использование при невысоких коэффициентах трансформации. ЛАТР применяют для регулировки напряжения в лабораторных условиях.

Трансформаторы тока

В таких приборах первичная обмотка подсоединяется непосредственно к источнику тока, а вторичная — к приборам с небольшим внутренним сопротивлением. Это могут быть защитные или измерительные устройства. Самым распространенным видом трансформатора тока считается измерительный.

Он состоит из сердечника, выполненного из шихтованной кремнистой холоднокатаной электротехнической стали, с намотанной на него одной или несколькими обособленными вторичными обмотками. В то время как первичная может представлять собой просто шину или же провод с измеряемым током, пропущенным при этом сквозь окошко магнитопровода. По такому принципу функционируют, к примеру, токоизмерительные клещи. Главной характеристикой трансформаторного тока является коэффициент трансформации.

Такие преобразователи безопасны и поэтому нашли применение при измерении тока и в схемах релейной защиты.

Импульсные преобразователи

В современном мире импульсные системы практически полностью заменили тяжелые низкочастотные трансформаторы.

Обычно импульсный прибор выполняется на ферритовом сердечнике разнообразных форм и размеров:

  • кольцо;
  • стержень;
  • чашечка;
  • в виде буквы Ш;
  • П-образный.

Превосходство таких приборов сомнениям не подлежит — они способны функционировать на частотах до 500 и более кГц.

Так как это прибор высокочастотный, то его размеры существенно снижаются с ростом частоты. На обмотку расходуется меньшее количество провода, а для получения высокочастотного тока в первой цепи достаточно лишь подключения полевого или биполярного транзистора.

Существуют еще много разновидностей трансформаторов: разделительные, согласующие, пик-трансформаторы, сдвоенный дроссель и т. д. Все они широко применяются в современной промышленности.

Область применения приборов

Сегодня, пожалуй, трудно себе представить область науки и техники, где не применяются трансформаторы. Их широко используются для следующих целей:

  1. Для передачи и раздачи электроэнергии.
  2. Для создания допустимой схемы включения вентилей. Применяется в преобразовательных устройствах с одновременным согласованием входного и выходного напряжения.
  3. В производстве: в сварке, для снабжения электротермических установок и т. д. Мощность таких приборов достигает порой десятков тысяч кВА и напряжения до 10 кВ, а рабочий диапазон — 50 Гц.
  4. Преобразователи малой мощности и невысокого напряжения применяют для радио- и телеаппаратуры, устройств связи, бытовых приборов, для согласования напряжений и т. д.
  5. При включении электроизмерительных приборов и реле в электроцепи высокого напряжения с целью расширения диапазонов измерений и обеспечения электробезопасности.

Исходя из многообразия устройств и видов назначения трансформаторов, можно утверждать, что сегодня они — незаменимые, использующиеся практически повсеместно устройства, благодаря которым обеспечивается стабильность и достижение необходимых потребителю значений напряжения как гражданских сетей, так и сетей предприятий промышленности.

220v.guru

11. Трансформаторы напряжения. Назначение и классификация. Принцип действия.

Трансформаторы напряжения предназначены для измерения напряжения, питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередач от замыкания на землю.

Классификация трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения различаются:

По числу фаз – однофазные и трёхфазные; По числу обмоток – двухобмоточные и трёхобмоточные;

По классу точности, т.е. по допускаемым значениям погрешностей – согласно таблице 2.3;

По способу охлаждения:

трансформаторы с масляным охлаждением (масляные); трансформаторы с естественным

воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией).

По роду установки:

для внутренней установки; для наружной установки.

Трансформатор напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен обычному силовому трансформатору и состоит из стального сердечника (магнитопровода), собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Устройство и принцип действия трансформатора напряжения

Устройство и схема включения трансформатора напряжения изображены на рисунке 2.14.

Первичная обмотка W1, имеющая очень большое число витков, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке W2, имеющей меньшее число витков, подключаются параллельно измерительные приборы и реле:

Рисунок 2.14 – Устройство и схема включения ТН.

Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней э.д.с. Е, равную при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход трансформатора) напряжению на её зажимах U2хх.

Напряжение U2хх, меньше первичного напряжения U1 во столько раз, во сколько раз число витков вторичной обмотки W2 меньше числа витков первичной обмотки W1:;

Отношения чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается nн:

; Следовательно, можно записать:

Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка в виде приборов и реле, то напряжение на её зажимах

U2 будет меньше э.д.с. на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако

это падение напряжения невелико и им можно пренебречь, тогда: U1 = U2nн и ;

В паспортах на трансформаторы напряжения их коэффициенты трансформации указываются дробью, в

числителе которой – номинальное первичное напряжение, а в знаменателе – номинальное вторичное

напряжение. Для правильного соединения обмоток ТН между собой и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счётчиков выводы обмоток маркируются определенным образом: начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – a, конец – х;

начало дополнительной обмотки aд, конец – xд.

12. Схемы соединения трансформаторов напряжения.

Однофазные трансформаторы напряжения в зависимости от назначения соединяются между собой в различные схемы.

На рисунке 2.16 приведены основные схемы соединения однофазных ТН.

Рисунок 2.16 – Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой.

На рисунке а) представлена схема включения одного ТН на междуфазное напряжение АС.

Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно только одно междуфазное напряжение.

На рисунке б) приведена схема соединения 2-х ТН в открытый треугольник (или неполную звезду). Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.

На рисунке в) приведена схема соединения трёх однофазных ТН в звезду. Эта схема получила широкое распространение и применяется когда для защиты и измерений нужны фазные напряжения или же одновременно фазные и междуфазные напряжения.

Соединение 3-х однофазных ТН по схеме треугольник – звезда представлена на рисунке г). Эта схема обеспечивает напряжение на вторичной стороне, равное

На рисунке д) представлена схема соединения обмоток 3‑х однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности. В этой схеме первичные обмотки ТН соединяются в звезду с заземлённой нейтралью, а вторичные обмотки соединяются последовательно, образуя разомкнутый (не замкнутый) треугольник. Напряжение на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений нулевой последовательности вторичных обмоток:

;

Так как сумма 3‑х фазных напряжений равна утроенному напряжению нулевой последовательности, то

;

Следовательно, на зажимах схемы разомкнутого треугольника получается напряжение, пропорциональное напряжению нулевой последовательности.

В нормальных режимах и при к.з. без земли Up=0, т.к. векторы напряжений не содержат нулевой последовательности.

При к.з. на землю в сетях с заземлённой нейтралью и при замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью геометрическая сумма фазных напряжений не равна нулю за счёт появления напряжения нулевой последовательности. На зажимах разомкнутого треугольника появится напряжение нулевой последовательности 3U0.

Таким образом, рассмотренная схема является фильтром напряжений нулевой последовательности.

Следует отметить, что обязательным условием работы рассмотренной схемы д) в качестве фильтра U0 является заземление нейтрали первичных обмоток ТН, так как при отсутствии заземления первичным обмоткам ТН будут подводиться не фазные напряжения относительно земли, а фазные напряжения относительно изолированной нейтрали, сумма напряжения которых не содержит U0. Их сумма всегда равна нулю и при замыканиях на землю напряжение на выходе схемы будет отсутствовать.

На рисунке 2.17 представлена схема соединения трансформатора напряжения, имеющего две вторичные обмотки. Здесь первичная и основная вторичная обмотки соединены в звезду, а дополнительная вторичная обмотка соединена в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений – для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных к.з. в сетях с заземлённой нейтралью, а также для устройств контроля изоляции действующих на сигнал в сетях с изолированной нейтралью).

Рисунок 2.17 – Схема соединений обмоток ТН с двумя вторичными обмотками.

Как известно, сумма 3-х фазных напряжений в нормальном режиме, а также при 2-х и 3-х фазных к.з. равна нулю. Поэтому в этих условиях напряжение на выводах разомкнутого треугольника будет равно нулю.

Обычно на выводах разомкнутого треугольника в нормальном режиме (при отсутствии замыкания на землю) имеется небольшое напряжение величиной 0,5-2 В, которое называется напряжением небаланса.

При однофазном.к.з. в сети с заземлённой нейтралью фазное напряжение повреждённой фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений 2-х неповрежденных фаз оказывается равной фазному напряжению.

При однофазных замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью напряжения неповреждённых фаз становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. В этом случае, чтобы на реле напряжение не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для работы в сетях с изолированными нейтралями, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации (например, . Следует иметь в виду, чтопри включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они должны соединяться в звезду, нулевая точка которой обязательно должна соединяться с землёй. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазном.к.з или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, приборы и реле, включенные на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжения фаз относительно земли.

Заземление вторичных обмоток также обязательно независимо от их схемы соединения т.к. это заземление является защитнымобеспечивает безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется один из фазных проводов (как правило, фаза В) или нулевая точка звезды.

Первичные обмотки ТН до 35 кВ подключаются к сети через высоковольтные предохранители для быстрого отключения от сети повреждённого ТН.

Для защиты обмоток ТН при повреждениях во вторичных цепях устанавливаются автоматические выключатели (или предохранители) низкого напряжения.

Вторичные цепи ТН должны выполняться с высокой степенью надёжности, исключающей обрывы и потерю контактов для исключения исчезновения напряжения на защитах, так как исчезновение напряжения будет восприниматься защитами как понижение напряжения при к.з. в защищаемой сети и может привести к их неправильному действию. Исчезновение напряжения от ТН вследствие неисправностей или перегорания предохранителей также будет восприниматься защитами как потеря напряжения и также может привести к их неправильному действию. Поэтому защиты, реагирующие на понижение напряжения, выполняются так, что отличают к.з. от неисправности во вторичных цепях, либо снабжаются специальными устройствами – блокировками при неисправностях в цепях напряжения.

studfiles.net

НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

С целью экономичной передачи электроэнергии на дальние расстояния и распределения ее между разнообразными потребителями появляется необходимость в ее трансформации. Последнее осуществляется с помощью повышающих и понижающих трансформаторов.

Трансформатор — статический электромагнитный аппарат, его действие основано на явлении взаимной индукции, он предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока с параметрами U1,I1 в энергию переменного тока с параметрами U2,I2 той же частоты.

Принцип индуктивной связи двух обмоток впервые открыт Фарадеем в 1831 г. В период 1870—1880 гг. был создан однофазный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом, а в 1880—1890 г. была осуществлена разработка трансформатора с замкнутым магнитопроводом, который усиливал магнитную связь между обмотками и обеспечивал повышенные технико-экономические показатели трансформатора.

Трансформатор (рис. 8.1) состоит из ферромагнитного магнитопровода 1,собранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором расположены две (w1, w2) обмотки, выполненные из медного или алюминиевого провода. Обмотку, подключенную к источнику питания, принято называть первичной, а обмотку, к которой подключаются приемники, - вторичной. Все величины, относящиеся к первичной и вторичной обмоткам, принято соответственно обозначать индексами 1 и 2.

Рис. 8.1. К пояснению устройства и принципа действия трансформатора

Если первичную обмотку трансформатора с числом витков w1 включить в сеть переменного тока, то напряжение сети U1 вызовет в ней ток I1 и МДС I1w1 создаст переменный магнитный поток Ф. Переменный магнитный поток Ф создаст в обмотке w1 ЭДС Е1, а в обмотке w2 ЭДС Е2. Когда есть нагрузка, электрическая цепь вторичной обмотки оказывается замкнутой и ЭДС Е2вызовет в ней ток I2. Таким образом, электрическая энергия первичной цепи с параметрами U1, I1и частотой f будет преобразована в энергию переменного тока вторичной цепи с параметрамиU2, I2 и f.

Мгновенные значения ЭДС первичной и вторичной обмоток, как следует из явления электромагнитной индукции, имеют выражения

e1 = - w1 dФ/dt, e2 = - w2dФ/dt,

их действующие значения (при синусоидальном изменении) соответственно равны

E1 = 4,44w1fФm; (8.1)

Е2 = 4,44w2fФm. (8.2)

Разделив значения ЭДС первичной цепи на соответствующее значение ЭДС вторичной цепи, получим

e1 = E1 = w1 = n.
e2 E2 w2

(8.3)

Величина n называется коэффициентом трансформации трансформатора. Электрическая энергия из первичной цепи во вторичную в трансформаторе передается посредством переменного магнитного потока, поскольку гальваническая связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора отсутствует. Отношение значений ЭДС Е1 и Е2 равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Для выяснения соотношения между первичным и вто­ричным напряжениями необходимо высказать следующие со­ображения.

Вопервых, кроме основного магнитного потока Ф или просто магнитного потока трансформатора, как далее мы его будем называть, который полностью располагается в ферромагнитном сердечнике и пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток, ток первичной обмотки создает магнитный поток рассеяния Фр1. Поток рассеяния Фр1 в отличие от основного охватывает витки только первичной обмотки и, как это видно на рис. 8.1, располагается главным образом в немагнитной среде (воздушном пространстве или трансформаторном масле, окружающем обмотку). Этот поток создает в первичной обмотке ЭДСЕр1. Во-вторых, первичная обмотка обладает определенным активным сопротивлением. Поэтому, как вытекает из уравнения электрического состояния первичной цепи

U1 = - E1 - Ep1 + I1r1, (8.4)

значения напряжения U1 и ЭДС Е1 не равны. ЭДС Е1 меньше напряжения U1 на значение падения напряжения, обусловленное ЭДС Ер1 и активным сопротивлением обмотки.

Однако эта разность невелика, и если ею пренебречь, то можно допустить, что

U1 ≈ - E1, или | U1 | ≈ | E1|, или U1 ≈ - E1.

При работе трансформатора с нагрузкой в его вторичной обмотке действует ток I2. Ток вторичной обмотки участвует в создании основного магнитного потока Ф, а также создает поток рассеяния Фр2, расположенный в немагнитной среде, как Фр1, и наводящий в этой обмотке ЭДСЕр2.

Напряжение U2, как вытекает из уравнения электрического состояния вторичной цепи

U2 = Е2 + Ер2 - I2r2, (8.5)

меньше ЭДС Е2 на значение падения напряжения, обусловленное ЭДС Ер2 и активным сопротивлением обмотки. Однако эта разность невелика, и если ею пренебречь, то можно считать, что

U2Е2.

 

Рис 8.2 Условные обозначения однофазного трансформатора

Подставив в уравнение (8.3) вместо Е1 и Е2соответственно напряжения U1 и U2, получим

откуда следует, что U2 = U1w2/w1 = U1/n

Поэтому можно считать, что коэффициент трансформации трансформатора представляет собой отношение значений первичного напряжения к вторичному. Соотношение между первичным и вторичным токами можно определить из равенства первичной и вторичной мощностей. Действительно, если пренебречь потерями активной мощности в обмотках и реактивной мощностью, обусловленной главным магнитным потоком и потоками рассеяния трансформатора, то

U1I1 = U2I2,

откуда

U1/U2 = I2/I1 = n

и, следовательно,

I2 = I1n.

Однофазные трансформаторы на схемах электрических цепей изображаются так, как это указано на рис 8.2, а — в. Начало и конец первичной обмотки обозначаются большими буквами: начало А, конец X, вторичной обмотки — малыми буквами: начало а, конец х. Предполагается, что направление намотки от начала к концу относительно магнитопровода обеих обмоток одинаковое или по часовой, или против часовой стрелки.

 



Дата добавления: 2018-03-20; просмотров: 55;


znatock.org

Назначение и принцип действия трансформаторов

Силовой трансформатор - это электрический аппарат, который предназначен для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения. Трансформаторы бывают:

• в зависимости от количества фаз: однофазные и трехфазные;

• по количеству обмоток: двухобмоточные и трехобмоточные;

• в зависимости от места их установки: наружной и внутренней установки;

• по назначению: понижающие и повышающие;

Кроме того, силовые трансформаторы различают по группам соединения обмоток, по способу охлаждения. Также при установке трансформаторов учитывают климатические условия.

Принцип работы любого силового трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Если к обмотке данного устройства подключить источник переменного тока, то по виткам этой обмотки будет протекать переменный ток, который создаст в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток. Замкнувшись в магнитопроводе, переменный магнитный поток будет индуктировать электродвижущую силу (ЭДС) в другой обмотке трансформатора. Это объясняется тем, что все обмотки трансформатора намотаны на один магнитопровод, то есть они связаны между собой магнитной связью. Значение индуктируемой ЭДС будет пропорционально количеству витков данной обмотки.

При передаче электрической энергии по распределительным сетям её напряжение повышается для снижения потерь в этих сетях. У потребителя напряжение снижается до уровня, которое удобно для её использования приемниками электрической энергии. Несмотря на высокий КПД трансформаторов стоимость энергии теряемой в трансформаторах, составляет значительную величину. Поэтому, при проектировании, реконструкции ЭУ необходимо стремиться к уменьшению числа ступеней трансформации, уменьшению установленной мощности и улучшению её использованию.

13.6.2 Технические характеристики и параметры трансформаторов

Все трансформаторы, изготавливаемые отечественной промышленностью, выпускаются, со следующей шкалой номинальных мощностей (кВ·А) установленной ГОСТ:

 

10 - 16 - 25 - 40 - 63

100 - 160 - 250 - 400 - 630

1000 - 1600 - 2500 - 4000 - 6300

10000 - 16000 - 25000 32000 40000 - 63000 80000

100000 125000 160000 200000 250000 320000 400000 500000 630000 800000

 

Основными требованиями, предъявляемыми к работе трансформаторов, является их надежность и экономичность. Потери электрической энергии в трансформаторах складываются из потерь холостого хода и короткого замыкания. Способы и методы уменьшения этих потерь изучаются в курсе «Электромеханика».

Группы соединений трансформаторов характеризуются угловым смещением векторов э. д. с. в обмотках ВН, СН и НН. Смещение этих векторов определяется схемой соединения обмоток и направлением намотки обмоток. Обмотки ВН, СН и НН трансформатора могут быть соединены в различные схемы.
Соединяя обмотки ВН, СН и НН одним из этих способов и изменяя направление их намотки, можно получать различные группы соединения обмоток. Для силовых трехфазных трансформаторов применяются соединения обмоток в звезду и треугольник. При различных соединениях обмоток в звезду и треугольник можно получить 12 различных углов сдвига фаз линейных э. д. с. от 0 до 330° через каждые 30°, т. е. получить

12 различных групп.
Удобно для определения угла сдвига фаз пользоваться часовым обозначением, которое принято ГОСТ. Часовое обозначение векторов э. д. с. заключается в следующем: вектор линейной э. д. с. обмотки ВН изображается на часовом циферблате минутной стрелкой и всегда устанавливается на 12 а вектор линейной э. д. с. обмотки СН (трехобмоточного трансформатора) или НН изображается часовой стрелкой и укажет группу в часовом обозначении. Так, сдвиг фаз 0 или 360° соответствует 12 группе соединения обмоток Y/Y-12. Схема соединений и векторная диаграмма на рисунке 61.

 

а

 

б

Рисунок 61. Двенадцатая группа соединения обмоток трансформатора Y/Y-12;

а - схема соединений, б - векторная диаграмма.

 

Сдвиг фаз 3300 соответствует 11 группе соединения обмоток (рисунок 62).

Такая группа соединения применяется для понижающих трансформаторов,

т. к. при соединении обмоток вторичного напряжения в треугольник исключается трансформация гармоник кратных трём в обмотку высшего напряжения и в сеть первичного напряжения.

 

Рисунок 62. Одинадцетая группа соединения обмоток трансформатора Y/∆-11;

а - схема соединений, б - векторная диаграмма.

Для случаев, когда нагрузка потребителя несимметрична, имеет место значительный прекос линейных и фазных токов и напряжений применяется схема соединения обмоток трансформатора в «Зигзаг». Такое соединение обмоток низкого напряжения обладает симметрирующими свойствами.

Первичные обмотки трансформаторов соединены в звезду, вторичные в зигзаг – звезду (рисунок 63, а). Для этого вторичная обмотка каждой фазы составляется из двух половин: одна половина расположена на одном стержне, другая – на другом. Конец, например x1, соединен с концом (а не с началом!) y2 и так далее. Начала a2, b2 и c2 соединены и образуют нейтраль. К началам a1, b1, c1 присоединяют линейные провода вторичной сети. При таком соединении электродвижущие силы (э. д. с.) обмоток, расположенных на разных стержнях, сдвинуты на 120°; векторная диаграмма э. д. с. вторичной обмотки приведена на рисунке 63, б.

Эта векторная диаграмма построена следующим способом. Предположим, что соединены концы x1, y1, c1 и получена диаграмма (рисунок 63, в). Затем предположено, что соединены начала a2, b2, c2. Это соответствует диаграмме на рисунке 63, г, повернутой относительно диаграммы на рисунке 63, в на 180°.

 


Рисунок 63. Схема соединения обмоток трансформатора в «Зигзаг» и векторные диаграммы.

Буквами a1, b1, c1, a2, b2, c2 обозначены начала вторичных обмоток, буквами x1, y1, z1, x2, y2, z2 – их концы. Электродвижущие силы вторичных обмоток: , линейные напряжения E1, E2, E3.

Наконец, в соответствии со схемой на рисунке 63, а произведено геометрическое сложение векторов, которые изображены на рисунках 63, в и г.

Соединение в зигзаг – звезду дороже соединения в звезду, так как требует большего числа витков. Действительно, при последовательном соединении двух половин обмотки, расположенной на одном стержне, их э. д. с. складываются алгебраически, то есть в данном случае удваиваются. При соединении обмоток, расположенных на разных стержнях, ЭДС складываются геометрически под углом 120° и дают ЭДС, √3 раз больше одной из них. Следовательно, чтобы получить ЭДС той же величины при соединении в зигзаг – звезду, нужно на 15% больше витков, чем при соединении в звезду, так как 2 / 1,73 = 1,15.

Все трансформаторы разбиты на группы и габариты в соответствии мощностью и напряжением. (Таблица 13.6.1)

 

Т а б л и ц а 13.6.1 Габариты трансформаторов

Габарит Группа Диапазон мощностей, кВ-А Класс напряжения, кВ
I До 20 До 35 включительно
  25-100  
II 160-250  
  400-630  
   
Продолжение таблицы 13.6.1
       
III 1600-2500  
  4000-6300  
IV 10 000-32 000  
  Свыше 32 000  
V До 16 000 110 и 150
  25 000-32 000  
VI 40 000-63 000 110и150
  До 63 000 220 и 330
VII 80 000-200 000 110и150
  80 000-200 000 220 и 330
VIII Свыше 200 000 До 330
      включительно
  Независимо от мощности Свыше 330
  Для электропередач Независимо от
    постоянного тока напряжения
    независимо от мощности  

Примечание.

Трансформаторы, имеющие мощность или напряжение, не соответствующие стандартной шкале, относятся к габариту и группе ближайшей стандартной мощности или напряжения.

13.6.3 Конструкция трансформаторов

Конструкция трансформаторов первого и второго габаритов показано на рисунке 64

 

Рисунок 64. Конструкция трансформаторов I и II габаритов, 1 – 4 групп.

1 –магнитопровод, 2 –обмотка низкого напряжения, 3 – обмотка высокого напряжения, 4 – бак, 5 – трубы радиатора, 6 – рукоятка переключателя напряжения, 7 – вывод обмотки низкого напряжения, 8 – вывод обмотки высокого напряжения, 9 -расширитель

Активная часть – магнитопровод – составляет магнитную цепь и служит для крепления обмоток.

 

Рисунок 65. Остов трансформатора.

Конструкция трансформаторов II – VI габаритов, 2 – 14 групп показана на рисунке 66.

 

 

Рисунок 66. Конструкция трансформаторов II – VI габаритов, 2 – 14 групп.

 

1 — ввод ВН 110 кВ; 2 — ввод НН 10 кВ; 3 — крюк для подъема трансформатора; 4 — бак; 5 — радиатор; 6 — фильтр термосифонный; 7 — скоба для подъема домкратом; 6 — вертикальный кран для слива масла; 9 — вентилятор; 10 — каток; 11— полубандажи стяжки ярма; 12 — вертикальная стяжная шпилька остова; 13 — ярмовая балка; 14 — устройство переключения ответвлений обмотки ВН; 15 — бандажи стяжки стержня; 16 — пластина с проушиной для подъема активной части; 17 — расширитель;

18 — маслоуказатель; 19 — предохранительная выхлопная труба.

При передаче мощности через трансформатор имеет место падение напряжения, определяемое сопротивлением трансформатора – напряжением короткого замыкания (UK%). Это сопротивление зависит от размеров обмоток (диаметра и высоты), материала и сечения провода которым выполнены обмотки, т. е. от номинального напряжения и мощности трансформатора.

В справочной литературе приводятся все технико-экономические параметры трансформатора: номинальная мощность в кВ·А, сочетание напряжений ВН-СН-НН в кВ, потери холостого хода (РХ) и короткого замыкания К) в кВ·А, напряжение короткого замыкания в процентах от номинального (UK%), ток холостого хода в А, расчетные данные (RT, XT, QX) Кроме этого, приводится масса в т, габаритные размеры в м.

В качестве примера в таблице 13.6.2 приведены данные некоторых двухобмоточных трансформаторов110 кВ.

Т а б л и ц а 13.6.2 Трехфазные двухобмоточные трансформаторы 110 кВ

Тип     Sном, МВА Пределы регулиро­вания Каталожные данные Расчетные данные
Uном обмоток, кВ ик, % Рк, кВт Рх, кВт Iх, % Rт, Ом Xт, Ом Qх, квар
            ВН НН
ТМН-2500/110 2,5 + 10x1,5% -8x1,5% 6,6; 11 10,5 5,5 1,5 42,6 508,2 37,5
ТМН-6300/110 6,3 +9x1,78% 6,6; 11 10,5 11,5 0,8 14,7 220,4 50,4
ТДН- 10000/110 +9*1,78% 6,6; 11 10,5 0,7 7,95
ТДН-16000/110 +9x1,78% 6,6; 11; 34,5 10,5 0,7 4,38 86,7
1ТДН- 25000/110 (ТРДНФ-25000/110) +9x1,78% 6,3-6,3; 6,3-10,5; 10,5-10,5 10,5 0,7 2,54 55,9
ТДНЖ-25000/110 +9x1,78% 27,5 10,5 0,7 2,5 53,5
ТД-40000/110 +2x2,5 % 3,15; 6,3; 10,5 10,5 0,65 1,46 48,4
ТРДН-40000/110 ±9x1,78% 6,3-6,3; 6,3-10,5; 10,5- 10,5 0,65 1,4 34,7

Продолжение таблицы 13.6.2

ТРДЦН-63000/110 (ТРДН) +9x1,78% 6,3-6,3; 6,3-10,5; 10,5-10,5 10,5 0,6 0,87
ТРДЦНК-63000/110 +9x1,78% 6,3-6,3; 6,3-10,5; 10,5-10,5 10,5 0,6 0,8
ТДЦ-80000/110 +2x2,5 % 6,3; 10,5; 13,8 10,5 0,6 0,71 19,2
ТРДЦН-80000/110 (ТРДН, (ТРДЦНК) +9x1,78% 6,3-6,3; 6,3-10,5; 10,5-10,5 10,5 0,6 0,6 17,4
ТДЦ- 125000/110 +2x2,5 % 10,5; 13,8 10,5 0,55 0,37 12,3 687,5
ТРДЦН- 125000/110 +9x1,78% 10,5-10,5 10,5 0,55 0,4 11,1 687,5
ТДЦ-200000/110 ±2x2,5 % 13,8; 15,75; 10,5 0,5 0,2 7,7
ТДЦ-250000/110 ±2x2,5 % 15,75 10,5 0,5 0,15 6,1
ТДЦ- 400000/110 +2x2,5 % 10,5 0,45 0,08 3,8

Примечания.

1. Регулирование напряжения осуществляется за счет РПН в нейтрали, за ис­ключением трансформаторов типа ТМН-2500/110 с РПН на стороне НН и ТД с ПБВ на стороне ВН.

2. Трансформаторы типа ТРДН могут изготавливаться также с нерасщепленной обмоткой НН 38,5 кВ, трансформаторы 25 МВА – с 27,5 кВ (для электри­фикации железных дорог).

 

 

14. Ограничение токов короткого замыкания 14.1. Общие сведения В мощных электроустановках и питаемых ими электросетях токи короткого замыкания могут достигать столь больших величин, что электрооборудование электрических станций и подстанций, а также сечения кабелей электросети приходится выбирать не по условиям нормального режима, а исходя из устойчивости работы их при коротких замыканиях. Применение электрооборудования и кабелей, рассчитанных на большие токи короткого замыкания, приводит к значительному увеличению затрат на сооружение электроустановок и их сетей. В некоторых случаях токи короткого замыкания могут быть настолько велики, что вообще оказывается невозможным или весьма затруднительным выбор электрооборудования и кабелей, устойчивых при коротких замыканиях. Поэтому в мощных электроустановках применяют искусственные меры ограничения токов короткого замыкания, чем достигается возможность применения более дешевого электрооборудования: более легких типов электроаппаратов, шин и кабелей меньших сечений. Существуют несколько способов ограничения токов короткого замыкания. Выбор того или иного способа ограничения определяется местными условиями установки и должен быть подкреплен технико-экономическим расчетом. В общем случае ограничение тока короткого замыкания достигается увеличением сопротивления цепи короткого замыкания либо путем осуществления раздельной работы питающих агрегатов и линий электросети, либо путем включения последовательно в цепь специальных сопротивлений. Для искусственного увеличения сопротивления цепи короткого замыкания (КЗ) включают последовательно в три фазы индуктивные сопротивления, называемые реакторами. Рисунок 67. Схема, поясняющая работу реактора.   Рассмотрим два случая КЗ на схеме рисунок 67. От генератора 1 питаются сборные шины 2. От этих шин отходят линии 3 к приёмникам. Рисунок 67 Схема, поясняющая принцип действия реактора: 1. за выключателем 4 отсутствует реактор; 2. за выключателем 5 установлен реактор 6. При трёхфазном КЗ за выключателем 4 ток КЗ IK1 определяется в основном индуктивным сопротивлением генератора Ik1= где Uhom ~ номинальное напряжение установки, кВ; Хг - сверхпереходное индуктивное сопротивление генератора, Ом. Выключатель 4 должен быть выбран по току КЗ Ik1. При КЗ напряжение на сборных шинах будет равно нулю и на всех отходящих линиях пропадет напряжение. При КЗ на линии с реактором ток определяется суммарным - сопротивлением генератора и реактора ; где ХРЕАК - индуктивное сопротивление реактора, Ом. Обычно один источник обслуживает несколько десятков приёмников. Поэтому номинальный ток линии во много раз меньше номинального тока источника. Длительный ток реактора выбирается равным току линии. Таким образом, при сделанных допущениях ток КЗ определяется только параметрами реактора. Реактор является весьма надежным аппаратом, его повреждения практически исключены. Поэтому выбор аппаратов линии производится по току 1к2 Ik1, что значительно облегчает и удешевляет распределительное устройство. 14.1 Конструкции бетонных реакторов Реактором является катушка с малым активным сопротивлением. Витки катушки изолированы друг от друга, а вся катушка в целом изолирована от заземленных частей. Промышленностью выпускаются бетонные и масляные реакторы. 14.2 Бетонные реакторы. Катушка укрепляется на каркасе из изолирующего материала, рисунок 68. Концы обмоток снабжены зажимами для последовательного включения реактора в сеть. В трёхфазных установках применяют реакторы, состоящие из трех катушек. Многожильный провод 1 соответствующего сечения с помощью шаблона наматывается в виде катушки. После этого в специальные формы заливается бетон. Застывая, бетон образует вертикальные стойки-колонны 2, которые скрепляют между собой отдельные витки. Рисунок 68. Конструкция бетонного реактора. Торцы колонн имеют шпильки, с помощью которых укрепляются изоляторы 3 и 4. Для получения необходимой прочности электрической изоляции после затвердения бетона реактор подвергают интенсивной сушке в вакууме. Затем реактор дважды пропитывается влагостойким изоляционным лаком. Между отдельными витками в ряду и между рядами выдерживается значительный зазор, что улучшает охлаждение отдельных витков реактора и повышает электрическую прочность изоляции. При больших номинальных токах (более 400 А) применяется несколько параллельных ветвей. Равномерное распределение тока по ветвям обеспечивается транспозицией витков. В качестве обмоточного материала используется многожильный медный или алюминиевый кабель большого сечения. Кабель покрывается несколькими слоями кабельной бумаги. Поверх бумаги делается хлопчатобумажная оплётка. Помещения, в которых устанавливают реакторы, должны хорошо вентилироваться, и наивысшая температура в них не должна превышать +35°С. Колебания температуры в помещении не должны быть настолько резкими, чтобы наблюдалось покрытие реакторов инеем, росой и т.п. Катушки бетонных реакторов изолируют от земли при помощи нескольких опорных изоляторов 3. Трёхфазный комплект реактора состоит из катушек, устанавливаемых в горизонтальной плоскости рядом (хорошее охлаждение витков) или в вертикальной плоскости одна над другой, при этом ухудшаются условия охлаждения витков катушек, особенно верхней. Реакторы охлаждаются, как правило, за счет естественной вентиляции. Ввиду выделения большой мощности в реакторе распределительное устройство должно предусматривать специальные каналы для охлаждения воздуха, особенно при больших номинальных токах. Реакторы, предназначенные для вертикальной установки в комплектах, имеют маркировку В (верхний), С (средний), Н (нижний). В последнем случае катушки реактора изолируют друг от друга также при помощи опорных изоляторов 4. При вертикальной установке направление обмотки катушки средней фазы берут обратным по сравнению с направлением обмоток катушек верхней и нижней фаз. Делается это для того, чтобы при протекании по двум соседним катушкам двухфазного ударного тока короткого замыкания катушки притягивались под действием возрастающих электродинамических усилий, а не отталкивались, как это было бы при одинаковом направлении обмоток всех катушек (легче выполнить надежное крепление катушек). При установке сухих реакторов в распределительных устройствах необходимо соблюдать указываемые заводом монтажные расстояния до стальных конструкций и железобетонных частей здания. При невыполнении этих требований возможен опасные нагрев стальных конструкций и стальной арматуры железобетона токами, наведенными в них магнитным потоком реактора; кроме того, близость стальных конструкций вызывает дополнительные потери электроэнергии. Бетонные реакторы хорошо себя зарекомендовали при работе в закрытых распределительных устройствах при напряжении до 35 кВ, например, реактор для внутренней установки РБУ 10-630-0,56УЗ- Р -реактор, Б - бетонный, У - ступенчатая установка фаз, на номинальное напряжение 10 кВ, длительно допустимый ток при естественном охлаждении 630 А, номинальное индуктивное сопротивление 0,56 Ом, У - для работы в районах с умеренным климатом, 3 - для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией. Основные недостатки бетонных реакторов - большой вес и значительные габариты. Например, высота трехфазного комплекта реактора горизонтальной установки на напряжение 10 кВ составляет 1040 мм, а вертикальной - 3600 мм. Этот же комплект весит 3 х 723 кг. 14.3 Конструкции масляных реакторов. При напряжениях более 35 кВ и при установке реакторов на открытой части подстанций применяются масляные реакторы. Схема такого реактора приведена на рисунке 69. Масляные реакторы могут иметь однофазное и трехфазное исполнение. В первом случае одна катушка, а во втором - три катушки помещаются в стальном баке, залитом трансформаторным маслом. Обмотки выполняют из медных проводников, изолированных кабельной бумагой и уложенных на каркас из изоляционного материала. Концы катушек выводятся наружу через проходные фарфоровые изоляторы на крышке реактора. Обмотка реактора 2 наматывается на специальный каркас из изоляционного материала типа гетинакса. Эта обмотка погружается в стальной бак с трансформаторным маслом. Применение масла позволяет уменьшить расстояние между обмоткой и заземленными Рисунок 69. Масляный реактор частями и улучшить охлаждение обмотки за счет конвекции масла. Все это дает возможность уменьшить массу и габаритные размеры. Выводы реактора присоединяются к зажимам проходных изоляторов 4. Однако такая компоновка реактора наталкивается на большую трудность. Переменный магнитный поток реактора Фо замыкается по баку, что приводит к его нагреву до недопустимых температур. Для того, чтобы избежать нагрева бака 1, внутри него устанавливается короткозамкнутая обмотка-экран 3 из меди, которая является как бы вторичной обмоткой реактора. В этом экране наводятся токи, создающие магнитный поток, который в стенках бака направлен против магнитного потока катушки реактора. В результате через стенки бака замыкается сравнительно небольшой результирующий магнитный поток. Возможен ещё один вариант уменьшения потерь на нагрев стенок бака. В этом случае на внутренней поверхности стального бака укрепляют стальные пакеты: создается как бы искусственный магнитопровод с магнитным сопротивлением, которое значительно меньше сопротивления стенок бака. Для уменьшения потерь на гистерезис шунт выполняют из электротехнической стали, а для уменьшения потерь на вихревые токи его набирают из тонких, изолированных друг от друга стальных пластин. Отечественные заводы выпускают масляные реакторы с электромагнитными экранами для наружной установки, например, РТМТ-35-200-6:Р - реактор, Т - трехфазный, М - охлаждение естественной циркуляцией воздуха и масла, Т - токоограничивающий, на номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток 200 А, индуктивное сопротивление 6%, масса 11000 кг. ТОРМ-220-325-12: Т- токоограничивающий, О -однофазный, Р - реактор, М - с естественным масляным охлаждением, на номинальное напряжение 220 кВ, номинальный ток 325 А, индуктивное сопротивление 12%, масса 44500 кг. Масляные реакторы значительно дороже сухих реакторов, но зато по сравнению с последними они обладают рядом существенных преимуществ. Они надежно защищены от попадания в обмотку пыли, влаги и всякого рода посторонних предметов, и, кроме того, их можно устанавливать на любом расстоянии от стальных и железобетонных конструкций в открытых установках. 14.4. Конструкции сдвоенных реакторов Для уменьшения потерь напряжения и сокращения объема зданий распределительного устройства применяются сдвоенные реакторы. Сдвоенный реакторпредставляет собой два согласно включенных реактора с сильной магнитной связью. Реакторы расположены один над другим. Схема включения сдвоенных реакторов приведена на рисунке 70. Рисунок 70. Схема включения сдвоенного реактора При обычных реакторах, каждая отходящая линия имеет свой реактор, рассчитанный на номинальный ток линии. Каждая трехфазная группа реакторов размещается в специальной ячейке распределительных устройств. В сдвоенных реакторах, рисунок 70, реакторы соседних ветвей сближены так, что между ними существует сильная магнитная связь. Совмещение в одном реакторе двух уменьшает габариты аппарата, упрощает и удешевляет распределительное устройство. В номинальном режиме магнитные поля реакторов направлены встречно и оказывают размагничивающее действие. В результате индуктивное сопротивление ветви падает. Соответственно уменьшается падение напряжения на реакторе. Падение напряжения на ветвях реактора при номинальном токе: где ХР - индуктивное сопротивление ветви реактора; КСВ коэффициент связи является одним из основных параметров сдвоенного реактора и зависит от расстояния между ветвями. Чем ближе ветви друг к другу, тем больше КСВ . Обычно в реакторах КСВколеблется в пределах 0,4-0,6. С увеличением КСВ возрастают электродинамические силы, стремящиеся оторвать одну ветвь от другой. В номинальном режиме сопротивление ветви реактора уменьшается на 40-60 %, что повышает качество электроэнергии (уменьшаются потери напряжения). Исследования показали, что бетонные сдвоенные реакторы без применения специальных мер подвержены разрушению при одновременном КЗ в обеих ветвях. Увеличение электродинамической стойкости достигается в сборной конструкции. На рисунке 71, а) показана в разрезе левая половина такого реактора. Стяжка реактора осуществляется с помощью металлических стержней 1 и стержней 2 из изоляционного материала. Катушка реактора уложена на изоляционных прокладках 3. Рисунок 71. Конструкция сдвоенного реактора Векторы, помеченные Рн, обозначают силу взаимодействия витка с нижней частью реактора. Векторы, помеченные Рв - силы, действующие на виток со стороны верхней части реактора. Векторы без пометки являются результирующей силой. Наибольшая отталкивающая сила действует на витки рядов 4 и 5, расположенные близко друг к другу. Для получения необходимой электродинамической стойкости близлежащие ряды ветвей реактора бандажируются стеклянной лентой, как это показано на рис. 1.5.в). Промышленностью выпускаются, например, реакторы РБС 10-2x630-0,25УЗ:Р -реактор, Б - бетонный, С - сдвоенный, вертикальной установки (отсутствует буква У или Г), на номинальное напряжение 10 кВ, длительно допустимый ток при естественном охлаждении 2x630 А, номинальное индуктивное сопротивление 0,25 Ом, У - для работы в районах с умеренным климатом, 3 - для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.

 

14. Координация токов КЗ в современных энергосистемах


Похожие статьи:

poznayka.org

16. Принцип действия и назначение трансформатора напряжения.

Трансформаторы напряжения  двух- или трехобмоточные предназначены как для измерения напряжения, мощности, энергии, так и для питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередач от замыкания на землю. Трансформаторы напряжения имеют два назначения: изолировать вторичную обмотку НН и, тем самым, обезопасить обслуживающий персонал; понизить измеряемое напряжение до стандартного значения 100; 100ν3; 100/3 В. Трансформаторы напряжения различают: по числу фаз - однофазные и трехфазные; по числу обмоток - двухобмоточные и трехобмоточные; по классу точности - 0,2; 0,5; 1,0; 3; по способу охлаждения - с масляным охлаждением, с воздушным охлаждением; по способу установки - для внутренней установки, для наружной установки и для КРУ. На рис. 1 представлена схема включения трансформаторов напряжения с обозначениями первичной и вторичной обмоток. Однофазный двухобмоточный трансформатор напряжения применяется в установках как однофазного, так и трехфазного тока. В последнем случае он включается на линейное напряжение. Один из выводов вторичной обмотки для обеспечения безопасности при обслуживании заземляется. Основными параметрами трансформаторов напряжения являются: номинальные напряжения обмоток, т.е. напряжения первичной и вторичной обмоток, указанные на щитке; номинальный коэффициент трансформации, т. е. отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторичному погрешность по напряжению % угловая погрешность, т. е. угол между вектором первичного напряжения и повернутым на 180° вектором вторичного напряжения, выраженный в угловых градусах (минутах). Рис. 1. Однофазный двухобмоточный трансформатор напряжения: а - присоединение трансформатора напряжения к трехфазной сети без нулевого провода; б - расположение выводов (Л-X - выводы ВН; а-х - выводы НН) На рис. 2 приведен пример изменения погрешности трансформатора напряжения при изменении мощности Бг вторичной нагрузки. Коррекцией напряжения называется преднамеренное изменение коэффициента трансформации в сторону повышения вторичного напряжения, выраженное в процентах. Это достигается уменьшением числа витков первичной обмотки.Рис. 2. Погрешность по напряжению и угловая погрешность однофазного трансформатора напряжения (сплошные линии с коррекцией числа витков, штриховые линии - без коррекции) Особо следует сказать о трансформаторах напряжения высокого и сверхвысокого напряжения. Как было отмечено, трансформаторы напряжения передают очень малую мощность, поэтому практически в таких трансформаторах напряжения определяющим является вопрос обеспечения изоляции между первичной и вторичной цепями. Поэтому при напряжениях выше 500 кВ используются так называемые емкостные трансформаторы напряжения, состоящие из емкостного делителя напряжения (двух последовательно соединенных конденсаторов С1 и С2) и понижающего трансформатора, показанных на рис. 3. Всовременных РУ устанавливаются колонны конденсаторов высокочастотной связи для цепей автоматики и сигнализации. Поэтому, если использовать эту колонку связи CJ и добавить некоторый конденсатор отбора мощности С2, получим емкостной делитель. К конденсатору подключается трансформатор напряжения обычно на 12-15 кВ первичного напряжения. Для устойчивой работы в первичную цепь включается дополнительный реактор LR и высокочастотный заградитель 3. Таким образом, это устройство имеет существенно меньшую стоимость, чем трансформатор напряжения на полное первичное напряжение.Рис. 3. Практическая схема емкостного трансформатора напряжения

studfiles.net

Устройство и принципы действия трансформаторов: назначение, виды, критерии подбора

Трансформаторные установки — преобразователи электрической энергии. Они применяются в большинстве электрических приборов, в электросетях, устройствах автоматики, бытовых приборах и коммуникационных аппаратах. Принцип действия трансформаторов опирается на закон электромагнитной индукции Фарадея.

Устройство трансформатора

Конструктивно трансформатор состоит из одной или нескольких изолированных обмоток, которые намотаны на ферромагнитный сердечник. В простейшей схеме это первичная и вторичная обмотки. На первичную подаётся напряжение, со вторичной снимается. Под воздействием переменного тока, который подаётся на первичную обмотку, в магнитопроводе образуется синусоидальный магнитный поток Ф. Пронизывая обмотки, он индуцирует в первичной обмотке электродвижущую силу самоиндукции (ЭДС), а во вторичной — ЭДС индукции.

Обе эти электродвижущие силы индуцируются магнитным потоком Ф, следовательно, ЭДС (E) одинакова в каждом витке. Витки соединены последовательно, поэтому ЭДС первичной обмотки будет E1 = E · w1. Для вторичной это соотношение: E2 = E · w2, где w1, w2 — число витков.

При разомкнутой вторичной обмотке ток в ней не течёт, и напряжение на концах равно ЭДС, U2 = E2. При небольшом токе в первичной обмотке потери будут незначительны и U1 ≈ E1. Заменим E1 и E2, и тогда отношение напряжений выразится некоторой постоянной K, называемой коэффициентом трансформации, U1/U2 = E1/E2 = w1/w2 = K.

Виды преобразователей

Назначение и принцип действия трансформатора заключаются в возможности повышать и понижать напряжение, изменять число фаз, преобразовывать частоту. В зависимости от выполняемых функций трансформаторы подразделяются на следующие виды:

  • Силовые трансформаторные установки. Генераторы на электростанциях вырабатывают энергию высокого напряжения 6—24 кВ. Чтобы избежать больших потерь в линиях электропередач, требуется повышать напряжение до 750 кВ. Для распределения энергии между конечными потребителями приходится понижать напряжение до 380 В. Силовые трансформаторы выполняют эти задачи преобразования напряжений.
  • Трансформаторные установки тока. Применяются для измерений в электрических цепях. Первичную обмотку подключают в цепь, ток в которой требуется измерить, а вторичная служит для подключения измерительных приборов. Во вторичной обмотке течёт ток, пропорциональный току первичной.
  • Трансформаторные установки напряжения. Преобразуют высокое напряжение в низкое.

Сварочные трансформаторные установки. Применяются в сварочных агрегатах. Преобразовывают высокое напряжение в низкое, при этом ток повышается до тысяч ампер.

  • Автотрансформаторы. Обе обмотки соединены, имеется и магнитная, и электрическая связь.
  • Импульсные трансформаторные установки. Служат для преобразования импульсных сигналов.

По количеству обмоток различают:

  • Двухобмоточные установки.
  • Трехобмоточные установки.
  • Многофазные трансформаторные установки.

По конструкции трансформаторы бывают сухие и масляные. При работе трансформаторных установок возникают тепловые потери. Для маломощных агрегатов они невелики, там применяется воздушное охлаждение. Это сухие трансформаторы. Масляные трансформаторы более мощные и нуждаются в охлаждении жидкостью. Для этого их помещают в баки с трансформаторным маслом, что способствует более полному охлаждению и улучшает изоляцию. Масляные агрегаты предназначаются для работы при напряжениях выше 6 тыс. В.

Режимы работы трансформаторных устройств

Все устройства могут работать в режимах холостого хода, под нагрузкой и короткого замыкания. Холостой ход — это условия работы, при которых отсутствует нагрузка, вторичная обмотка разомкнута. При этом режиме рассчитываются:

  • Коэффициенты трансформации.
  • Сопротивление ветви намагничивания. Для этого во вторичную обмотку включается вольтметр. Сопротивление должно быть таким, чтобы величина тока была минимальна.
  • Коэффициент мощности.
  • Короткое замыкание — условия работы, при которых концы вторичной обмотки соединяются. При работе агрегата короткое замыкание — это аварийный режим. Первичный и вторичный токи возрастают в десятки раз. Для предотвращения аварии включаются механизмы защиты.

В условиях испытаний определяется напряжение короткого замыкания. Это паспортная характеристика агрегата. Для определения характеристики соединяют концы вторичной обмотки, а напряжение на первичной понижается до такого, при котором ток не превышает номинальных значений.

При таких испытаниях вместе с испытаниями на холостом ходу определяется коэффициент полезного действия установок.

Критерии выбора оборудования

При приобретении трансформаторного оборудования необходимо рассматривать его основные параметры:

  • Напряжение.
  • Коэффициент трансформации.
  • Угловая погрешность для трансформаторов тока.

Учитываются также условия эксплуатации. Очень важны для выбора область применения, нагрузки и напряжения короткого замыкания. Особенно нужно правильно эксплуатировать установки. Существуют нормативы по пуску, наладке и использованию агрегатов. Главным моментом является обслуживание установок, при котором следует проверять сопротивление на обмотках и ток.

Периодически следует проверять уровень масла и чистоту изоляции. При выполнении всех требований регламента по установке и обслуживанию агрегатов будет обеспечена безопасность эксплуатации и гарантийный срок службы устройств.

220v.guru