Отчёт по практике на МУП «Новочебоксарские городские электрические сети»

При расчете трансформаторов  величину u_к выбирают такой, чтобы по возможности удовлетворить оба требования: обеспечить механическую и термическую прочность и получить наибольший к.п.д.

6.3. Нагрузочный режим трансформатора

 

Нагрузочным режимом трансформатора (рис.8) является режим при котором к первичной обмотке приложено напряжение U₁ а вторичная подсоединена к нагрузке (на рисунке нагрузка показана в виде сопротивления R). Первичная обмотка электромагнитно связана со вторичной, поэтому возникновение при нагрузке (аналогично режиму короткого замыкания) тока во вторичной обмотке автоматически изменяет величину тока в первичной обмотке вследствие того, что в любой электромагнитной системе всегда сохраняется равновесие магнитодвижущих сил (м.д.с).

Подведенное к первичной обмотке  напряжение по величине остается практически неизменным, поэтому противо-э.д.с. Е₁ первичной обмотки при нагрузке не изменится, она будет такой же, как при холостом ходе. Следовательно, останутся без изменения намагничивающий ток I_х и вторичная э.д.с. Е₂. Ввиду этого при заданном не зависящем от нагрузки напряжении первичной обмотки U₁ величины первичной э.д.с. Е₂ основного потока Ф, тока холостого хода I_х и э.д.с. вторичной обмотки Е₂ остаются при нагрузке

Рис.8 Нагрузочный  режим          трансформатора такими же, как при холостом ходе.

Аналогично закону равновесия э.д.с. магнитодвижущая сила, действующая в магнитной цепи, всегда уравновешивается обратной м.д.с. этой цепи. При холостом ходе м.д.с. I_хw₁ первичной обмотки затрачивается в основном на создание основного магнитного потока Ф в магнитопроводе. При нагрузке же первичная м.д.с. I₁w₁ должна уравновесить вторичную м.д.с. I₂w₂ обусловленную током нагрузки и направленную встречно, и создать м.д.с. I_хw₁ вызывающую в цепи основной магнитный поток Ф. Потоками рассеяния первичной и вторичной обмоток ввиду их небольшой величины по сравнению с основным потоком Ф можно пренебречь и сказать, что при нагрузке трансформатора первичные ампервитки I₁w_l равны сумме вторичных ампервитков I₂w₂ и намагничивающих ампервитков I_хw₁ т. е.

Точки над обозначениями показывают, что токи являются векторными величинами и складываются геометрически (с учетом сдвига токов по фазе в цепи с индуктивными и активными сопротивлениями). Потери в трансформаторе при нагрузке состоят из потерь в стали (холостого хода) и нагрузоч-

 

ных потерь, представляющих собой потери в сопротивлениях обмоток ВН и НН. К нагрузочным потерям относятся также потери в стенках бака, ярмовых балках и других металлических частях трансформатора, вызванные замыкающимися через них потоками рассеяния. Эти потери, обусловленные перемагничиванием металлических частей и возникновением в них вихревых токов, называют потерями от рассеяния или добавочными потерями.

 

6.4. Коэффициент полезного действия трансформатора

 

При нормальной работе трансформатора под нагрузкой имеют место  потери энергии в стали и обмотках (холостого хода и нагрузочные). Зная величину потерь холостого хода и к. з., а также мощность, выдаваемую трансформатором в сеть, можно определить его КПД и судить об экономичности. КПД в процентах определяется выражением

где  Р₁ – мощность, потребляемая первичной обмоткой, кВт;

 Р₂ – мощность, выдаваемая трансформатором во вторичную сеть, кВт.

Так как мощность, подводимая к  трансформатору, равна снимаемой  мощности Р₂ плюс потери в трансформаторе, то выражение для КПД примет вид

где Р_к – потери к. з. (нагрузочные), кВт; Р_х – потери холостого хода (потери в стали).

Трансформаторы имеют сравнительно высокий КПД; в зависимости от номинальной мощности и нагрузки он равен 98,5 – 99,6 %.

6.5. Условное обозначения. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов

В Государственном стандарте  на силовые трансформаторы (ГОСТ 11677—75) установлены обозначения начал и концов обмоток и их ответвлений.

Начала фазных обмоток ВН трехфазных трансформаторов обозначают прописными латинскими буквами А, В, С, концы – буквами X, Y, Z. Чередование фаз А, В, С принято считать слева направо, если смотреть со стороны отводов ВН. Начала обмоток НН обозначают строчными латинскими буквами а, b, с, концы х, у, z.

Для трехобмоточных трансформаторов  начала обмоток среднего напряжения СН обозначают буквами А_т, В_т, С_т, концы – буквами Х_т, У_т, Z_m. Выводы от нейтрали обозначают 0 и 0_m. Обмотки однофазных трансформаторов обозначают так же, как первых фаз трехфазных трансформаторов: А–Х, А_т –Х_т, а – х.

Обмотки трехфазных трансформаторов  могут быть соединены в звезду, треугольник или зигзаг. Соответственно эти схемы обозначают значками Y, ∆ и буквами У, Д и Z. При выводе от нейтрали звезды или зигзага ответвления (отвода) к буквенным обозначениям добавляют букву н (У_н, Z_н).

По ГОСТ 11677—75 обмотки  ВН и НН трансформаторов соединяют в следующие схемы и группы:

1. Обмотки трехфазных двухобмоточных трансформаторов У/У_н-0, У/Д-11, У_н/Д-11, У/Z_н-11, Д/У_н-11 и Д/Д-0 (условное графическое обозначение схем и диаграмм векторов напряжений показано на (рис.9,а);

2. Обмотки однофазных двухобмоточных трансформаторов – 1/1-0 (рис.9,б);

3. Обмотки трехфазных трехобмоточных трансформаторов У_н /Ун / Д-0-11 и У_н /Д/Д-11-11 (рис.9,в).

 

 

Рис.9. Схемы и группы соединения трансформаторов

 

6.6. Работа силовых  трансформаторов

 

Работа силовых трансформаторов в условиях эксплуатации

 

Силовые трансформаторы являются одним  из наиболее ответственных звеньев  энергетического обслуживания. От их работы зависит бесперебойное снабжение потребителей электрической энергией. Главное место в передаче и распределении электроэнергии занимают масляные силовые трансформаторы. Большинство из них работают не обособленно, а параллельно с другими трансформаторами.

Для надежной и экономичной работы трансформаторы должны отвечать ряду технических требований: удовлетворять условиям параллельной работы; не перегреваться выше допустимых пределов; выдерживать превышения напряжения в допустимых пределах и внешние короткие замыкания при обусловленных значениях кратности и длительности тока; обеспечивать регулирование напряжения.

 

Параллельная работа трансформаторов

 

Под параллельной работой трансформаторов  понимают работу нескольких трансформаторов  на общую сеть при параллельном соединении их первичных и вторичных обмоток. Параллельная работа трансформаторов  более экономична, чем раздельная, и создаёт некоторый резерв мощности. Чтобы трансформаторы могли работать параллельно, они должны отвечать ряду технических требований, основными из которых являются: равенство первичных и вторичных напряжений, а следовательно, и коэффициентов трансформации; равенство напряжений короткого замыкания; одинаковость групп соединения обмоток.

 

Нагревание трансформаторов

 

Повышение температуры трансформатора и его отдельных узлов при  нагрузке сверх допустимой приводит к сокращению срока службы трансформатора, а в отдельных случаях – к аварийному выходу его из работы. Из применяемых в трансформаторах изоляционных материалов одним из наименее нагревостойких является кабельная бумага. Наибольшая температура, которую она может длительно выдерживать в масле без существенного снижения своих изоляционных качеств, 105 ⁰С. По нагревостойкости кабельная бумага относится к классу А. Повышение температуры трансформаторного масла сверх 95⁰С приводит к его интенсивной порче, снижению теплоотводящих и изоляционных качеств.

В сухих трансформаторах наибольшее превышение температуры обмоток  над температурой охлаждающей среды  при применении изоляционных материалов классов нагревостойкости A, E, B, F и H не должно превосходить соответственно 60, 75, 80, 100, 125 ⁰С.

 

Допустимые превышения температуры приняты при условии, что максимальная температура охлаждающего воздуха не должна превышать 40 ⁰С. Исходя из наибольших допустимых превышений температуры обмоток и магнитопровода за наивысшую расчетную температуру обмоток масляных трансформаторов принимают 65 ⁰С+40 ⁰С=105 ⁰С, магнитопровода (на поверхности) 75 ⁰С+40 ⁰С =115⁰С.

Поддержание температуры в пределах допустимой у масляных трансформаторов  малой мощности (порядка 25 кВА) достигается путем рассеяния тепла в окружающую среду гладкими стенками бака. У трансформаторов большей мощности приходится искусственно увеличивать охлаждающую поверхность бака и применять специальные охладители.

 

Перенапряжения

 

При нормальной работе трансформаторов  их изоляция находится под рабочим  напряжением сети. Но в сети, к которой они подключены, напряжение, хотя и кратковременно, может значительно превысить номинальное. Повышение напряжения на зажимах трансформатора до опасного для его изоляции, называют перенапряжением. Перенапряжения делят на внутренние и внешние.

К внутренним, или коммутационным, относят перенапряжения, возникающие при изменении режима работы трансформатора или системы, в которой он работает, например при аварийных к. з., отключении и включении трансформаторов, линий с большой индуктивностью и емкостью и т.д. Причиной такого перенапряжения служит резкое изменение электромагнитных и электрических полей, которые при нормальной работе уравновешенны; в случае внезапного изменения режима их равновесие скачкообразно нарушается и приводит к опасному для изоляции повышению напряжения.

К внешним перенапряжениям относят атмосферные; они возникают в результате действия грозовых разрядов. Если грозовой разряд происходит в непосредственной близости от трансформатора или линии, к которой он подключен, то перенапряжение возникает вследствие индуктивного влияния тока и заряда молнии. Такое перенапряжение называют индуктированным. Наиболее опасным для трансформаторов атмосферным перенапряжением является непосредственный удар молнии в линию или опору.

Под действием различного рода перенапряжений в трансформаторах возникает  сложный электромагнитный процесс, приводящий к перенапряжениям между элементами обмоток внутри трансформатора. Их величина может во много раз превзойти рабочее напряжение. Поэтому каждый трансформатор в зависимости от его номинального напряжения и условий работы в электрической системе должен выдерживать некоторое перенапряжение.

Все трансформаторы имеют стандартные  классы напряжения: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500 и 750 кВ (ГОСТ 721 – 74). Величина или уровень допускаемых перенапряжений на зажимах трансформатора определяется его классом напряжения.

 

Сверхтоки и динамические усилия

 

Помимо перенапряжений при изменении  режимов работы и особенно при  внезапных к. з. в обмотках возникают токи, величина которых во много раз превосходит рабочие. Эти токи называются сверхтокам. В момент включения трансформатора в сеть на холостую работу ток включения может превышать номинальный в 6 – 8 раз.

Включение трансформатора на к. з. вызывает сверхток, величина которого может превысить рабочий ток в 35 раз и более. При прохождении такого тока по обмоткам возникают механические усилия. Между витками в каждой обмотке действуют силы притяжения, так как токи в витках имеют одинаковое направление.

Усилия, действующие между концентрически расположенными обмотками разных напряжений, направлены противоположно, эти силы стремятся оттолкнуть обмотки друг от друга; наружная обмотка будет растягиваться и стремиться разорваться, внутренняя – сжиматься.

Для предотвращения механического разрушения обмоток в трансформаторах обмотки пресссуют, обеспечивая надежное их закрепление. Согласно ГОСТ 11677 – 75 все силовые трансформаторы должны выдерживать без повреждений и остаточных деформаций внезапные сквозные (внешние) к. з. Допустимая длительность протекания тока к. з. и кратность установивше-

 

гося тока к. з. указаны в  стандартах и технических условиях. Наибольшая допускаемая продолжительность к. з. на зажимах трансформатора должна составлять несколько секунд.

Т.о., трансформатор должен удовлетворять  определенным требованиям в отношении  надежности и прежде всего должен быть грузоупорен, динамически и термически устойчив.

 

6.7. Устройство трансформаторов. Общие сведения

 

Конструктивная форма трансформатора зависит от его назначения и области применения. Однако каждый трансформатор имеет одни и те же главные конструктивные элементы – магнитопровод и обмотки.

В зависимости от класса напряжения обмотки ВН и мощности силовые трансформаторы и автотрансформаторы условно делят на семь габаритов.

 

Таблица 3. Классификация силовых трансформаторов общего назначения по габаритам

 

Номера габаритов	Номинальная мощность, кВА	Класс напряжения, кВ
I	16 – 100	6 и 10
II	125 – 630	6; 10 и 35
III	1000 – 6300	6; 10 и 35
IV	10000 – 80000 2500 – 80000 До 40000	35 110 150 и 220
V	100000 – 400000 63000 – 320000 400000 и выше	110 150 и 220 150 и 220
VI	Все трансформаторы и автотрансформаторы классов напряжения 330 и 500 кВ
VII	Все трансформаторы и автотрансформаторы классов напряжения 750 и выше