Отчёт по практике на МУП «Новочебоксарские городские электрические сети»

Герметизация патрона осуществляется двумя колпачками с крышками, устанавливаемыми по концам фарфорового кожуха. Крышки припаиваются к колпачкам, в результате чего патрон предохранителя допускает многократную перезарядку. Предохранители ПК имеют указатель срабатывания (рис.4). На нижней крышке патрона закреплена металлическая втулка. Во втулку вставлена пружина, закрепленная у основания. На свободном конце пружины находится указатель. Стальная проволока посредством укрепленной на ней обоймы и крючка указателя держит пружину

 

в сжатом состоянии. При перегорании  вставки и стальной проволоки  пружина освобождается и указатель, выходя из втулки, сигнализирует о срабатывании предохранителя.

Контакты предохранителя изготовляются  из двух латунных губок, охваченных стальной пружинящей скобой и приклепанных к выводным пластинам. Имеются ограничители, облегчающие установку патрона в правильное положение и препятствующие выскальзыванию его из контактов. Контакты предохранителей на токи свыше 20 А снабжены замком в виде откидывающейся пружинящей скобы, предотвращающей выпадение патрона от действия электродинамических сил при прохождении токов к. з.

Наибольшее применение предохранители ПК получили для защиты силовых трансформаторов. Они предназначаются только для защиты от повреждений внутри трансформатора и от к. з. на стороне напряжения 6— 10 кВ. Защита трансформатора от перегрузки осуществляется на стороне напряжения 0,38 кВ.

 

 

6. Трансформатор

 

Известно, что при протекании по линии тока часть электроэнергии расходуется на нагревание проводов. Электрическая энергия, теряемая в проводах, тем больше, чем больше ток и сопротивление проводов. Уменьшить потери только за счет снижения сопротивления проводов экономически невыгодно, так как при этом требуется значительное увеличение сечения проводов, т.е. большой расход цветных металлов.

Для снижения потерь электроэнергии и сокращения расхода цветных  металлов идут по пути увеличения напряжения при помощи трансформаторов. Трансформаторы, изменяя величину напряжения, автоматически изменяют величину тока, поэтому передаваемая мощность остается неизменной, а потери в проводах линии пропорциональные квадрату силы тока (I²·R), при повышении напряжения резко сокращается. Например, при увеличении напряжения передаваемой энергии в 10 раз потери снижаются в 100 раз.

Для повышения напряжения любой  электропередачи устанавливают  повышающие трансформаторы, а чтобы напряжение снизить до величины, на которую строят теплоприемники, в конце линии устанавливают понижающие трансформаторы. В современной электроэнергетике большую роль играют силовые трансформаторы, т.е. трансформаторы, которые служат для повышения и понижения напряжения в сетях энергетических систем, передачи электроэнергии на большие расстояния и распределения ее между потребителями. Силовые трансформаторы отличаются большой мощностью и высоким напряжением. Электрическую энергию приходится передавать на большие расстояния – в объединенную энергосистему, в центры ее потребления и непосредственно к многочисленным мелким потребителям, поэтому необходима многократная ее трансформация, а следовательно, установка значительного количества повышающих и понижающих силовых трансформаторов.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого по величине напряжения. В основу работы трансформатора положено явление электромагнитной индукции, заключающееся в том, что при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего проводящий контур, в последнем наводится электродвижущая сила.

 

Рис.5 Трехфазный трансформатор ТМ-50/6:

1 – трубчатый  бак, 2 – термометр, 3 – крышка  бака, 4 – привод переключателя, 5 – пробка яла заливки масла и сообщения с воздухом, 6 – маслоуказатсль, 7 – отводы обмотки ВН, 8 – обмотки, 9 – отводы обмотки НН, 10 – переключатель регулировочных ответвлений обмотки ВН, 11 – пробивной предохранитель, 12 – ввод НН (400 В), 13 – ввод ВН (6000 В), 14 – магнитопровод, 15 – пробка для отбора и спуска масла

 

Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия (напряжение) преобразуемого переменного тока, называется первичной обмоткой трансформатора. Обмотка трансформатора, от которой отводится энергия (напряжение) преобразованного переменного тока, называется вторичной обмоткой трансформатора.

Важным  показателем трансформатора является коэффициент трансформации k, равный отношению э.д.с. первичной обмотки к э.д.с. вторичной обмотки.

 

При холостом ходе допустимо считать, что  э.д.с. обмоток равны по напряжению, т.е. Е₁ = U₁ и Е₂ = U₂. Поэтому если, например, первичная обмотка с числом витков w₁ является обмоткой высшего напряжения, а вторичная с числом витков w₂ – низшего, то,

Если k > 1, то трансформатор понижающий, если k < 1, то повышающий.

Т.о., зная коэффициент трансформации и напряжение на вторичной стороне трансформатора, легко определить напряжение на первичной стороне, и наоборот. Это относится и к числам витков.

По  напряжению трансформаторы делят на классы. Обмотка трансформатора, имеющая больший класс напряжения, называется обмоткой высшего напряжения (обмоткой ВН). Обмотка трансформатора, имеющая меньший класс напряжения, называется обмоткой низшего напряжения (обмоткой НН). Обмотка трансформатора, класс напряжения, которой является промежуточным между классом напряжения обмотки ВН и классом напряжения обмотки НН (у трехобмоточных трансформаторов), называется обмоткой среднего напряжения (обмоткой СН). Трансформатор, имеющий на стержне магнитопровода две гальванически не связанные обмотки, называется двухобмоточным, имеющий три гальванически не связанные обмотки – трехобмоточным. Мощные силовые трансформаторы часто выполняют трехобмоточными. Одна из этих обмоток является первичной, две другие – вторичными. Трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка низшего напряжения, называется повышающим.

Трансформатор, в магнитной системе  которого создается однофазное магнитное  поле, называется однофазным, в магнитной системе которого создается трехфазное магнитное поле – трехфазным. Для улучшения электрической изоляции токоведущих частей и условий охлаждения трансформатора обмотки вместе с магнитопроводом погружают в бак с трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют маслонаполненными или масляными. Трансформаторы, работающие на воздухе (не погруженные в масло), называют сухими.

Номинальными называются величины, на которые рассчитан трансформатор: мощность, высшее и низшее напряжения, токи, частота и др. Номинальная мощность трансформаторов выражается полной электрической мощностью в киловольтамперах (кВА). Номинальное первичное напряжение – это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора. Номинальное вторичное напряжение – это напряжение, получающееся на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Номинальные токи определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжениями. Номинальной частотой для трансформаторов 50 Гц.

 

6.1. Холостой ход. Ток и потери холостого хода.

 

Если к зажимам одной из обмоток  трансформатора, например А—X первичной обмотки с числом витков w₁ (рис.6), подведено переменное номинальное напряжение U₁ а вторичная обмотка разомкнута, то такой режим работы называется режимом холостого хода трансформатора.

Ток I_х, протекающий при холостом ходе (х. х.) по виткам обмотки, называется током холостого хода. Величина тока холостого хода мала по сравнению с номинальным током трансформатора: для трансформаторов малой мощности она составляет 2 – 3,5% номинального тока, для мощных силовых трансформаторов отечественного производства – 0,5 – 1,5%.

Реактивная составляющая тока холостого  хода создает основной магнитный  поток Ф в магнитопроводе и небольшой поток рассеяния Ф_р1, который вызывает в первичной цепи индуктивное сопротивление; активная составляющая тока холостого хода по величине не превышает обычно 10% от реактивной составляющей, оказывает ничтожное влияние на ее величину и только создает активное падение напряжения в первичной обмотке трансформатора,

Рис.6 Холостой ход      поэтому ток холостого хода принято называть намагничивающим током.

При холостом ходе трансформатор не передает электрическую энергию, так  как вторичная обмотка с числом витков w₂ разомкнута. Потребляемая им активная мощность тратится на тепловые

 

потери в стали магнитопровода и частично в первичной обмотке. Эти суммарные потери называют потерями холостого хода трансформатора и обозначают Р_х.

Потери в активном сопротивлении  обмотки при холостом ходе незначительны  ввиду малой величины тока, поэтому ими пренебрегают и считают, что мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе Р_х, расходуется только на потери в стали Р_ст, т.е. Р_х = Р_ст. Потери в стали магнитопровода вызваны периодическим ее перемагничиванием (изменением полярности с двойной частотой переменного тока) и вихревыми токами. Перемагничивание стали связано с выделением тепла и, как любой другой вид работы, требует затраты энергии. Потери энергии, расходуемые на перемагничивание стали, называют потерями от перемагничивания (гистерезиса).

Магнитопровод собран из металла и находится в переменном магнитном поле, поэтому согласно закону электромагнитной индукции в нем индуктируются токи. Эти токи протекают в плоскостях, перпендикулярных направлению магнитного потока, и называются вихревыми. Их величина тем больше, чем толще стальные пластины, из которых собран магнитопровод, и чем меньше их удельное электрическое сопротивление. Вихревые токи являются паразитными, так как, замыкаясь в стали магнитопровода, они нагревают ее и вызывают бесполезные потери энергии. Если бы стальной магнитопровод был сплошным, вихревые токи были бы огромны и привели бы к недопустимому его нагреву. Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы трансформаторов собирают из тонких стальных пластин толщиной 0,35—0,5 мм, изолированных друг от друга. Изоляционная пленка препятствует прохождению тока от пластины к пластине. На практике обычно потери от перемагничивания и вихревых токов не разделяют и говорят просто о потерях в стали, имея в виду суммарные потери от перемагничивания и вихревых токов. Потери в стали оценивают удельными потерями, т. е. потерями мощности в 1 кг стали. Удельные потери данной марки стали зависят от ее магнитной проницаемости, удельного сопротивления, частоты переменного тока, величины магнитной индукции и толщины листов.

При нормальной работе трансформатора потери холостого хода составляют лишь 0,3—0,5% его номинальной мощности. Тем не менее их стремятся максимально снизить. Дело в том, что индукция, а следовательно потери в стали, практически не зависят от того, работает трансформатор вхолостую или загружен, и остаются постоянными, поэтому суммарные годовые потери холостого хода составляют значительную величину.

 

6.2. Короткое замыкание трансформатора

 

Коротким замыканием трансформатора называют такой режим его работы, при котором одна из обмоток замкнута накоротко, а вторая находится под напряжением. Если короткое замыкание (к. з.) происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальных напряжениях, то в обмотках возникают токи короткого замыкания, превышающие номинальные в 10—15 раз и более. При этом в обмотках возникают большие механические усилия и повышается их температура. Такое замыкание является аварийным и требует специальной защиты, которая должна отключить трансформатор в течение долей секунды.

Рассмотрим опыт короткого  замыкания (рис.7), при котором к трансформатору подводится не номинальное, а пониженное напряжение. Этот опыт определяет одну из основных характеристик трансформатора – напряжение короткого замыкания U_к. Если замкнуть накоротко одну из обмоток, например вторичную, как показано на рисунке, а к первичной обмотке подвести пониженное напряжение и постепенно его повышать, то при определенном значении напряжения U_к, которое

Рис.7 Короткое замыкание     называют напряжением короткого замыкания, в обмотках будут протекать токи I_1к и I_2к, равные по величине номинальным токам I_1н и I_2н обмоток.

Обычно напряжение короткого  замыкания трансформатора выражают в процентах номинального напряжения:

где u_к – напряжение короткого замыкания, %;

U_к – напряжение короткого замыкания, В;

U_н – номинальное напряжение обмотки трансформатора, В.

 

Напряжение короткого замыкания  является очень важным эксплуатационным показателем. Равенство напряжений короткого замыкания трансформаторов – одно из условий их параллельной работы. Напряжение u_к указывают в паспортной табличке каждого трансформатора. Его величина определена стандартами в зависимости от типа и мощности трансформатора: для силовых трансформаторов малой и средней мощности величина u_к колеблется в пределах 5—7%, для мощных трансформаторов – 6 – 17% и больше.

При опыте короткого  замыкания в магнитопроводе создается  незначительный магнитный поток Ф_к, обусловленный малой величиной подведенного напряжения короткого замыкания. Кроме того, протекающие по первичной и вторичной обмоткам номинальные токи, создают потоки рассеяния Ф_р1 и Ф_р2, замыкающиеся через воздух и металлические детали трансформатора.

Потоки рассеяния при  коротком замыкании создают значительное индуктивное сопротивление. Тем самым они ограничивают величину тока короткого замыкания в обмотках и предохраняют их от чрезмерного нагревания и разрушения от механических сил. Падение напряжения в индуктивном сопротивлении обмоток в основном и определяет величину напряжения короткого замыкания трансформатора. Чем выше U_н, тем меньше опасность разрушения обмоток от действия механических сил, возникающих при аварийных коротких замыканиях.

Однако величину u_к ограничивают до определенного значения, в противном случае, создавая значительное индуктивное сопротивление, потоки рассеяния вызовут недопустимо большое реактивное падение напряжения во вторичной обмотке и этим снизят вторичное напряжение U₂. Это уменьшит мощность, получаемую приемниками энергии. Кроме того, потоки рассеяния, замыкаясь по металлическим деталям трансформатора, создают добавочные потери – вихревые и от перемагничивания, снижающие к.п.д. трансформатора.