Назначение трансформаторов

Изобретателем трансформатора является русский, учённый П.Н. Яблочков. В 1876 г. Яблочков использовал индукционную катушку с двумя обмотками в качестве трансформатора для питания изобретённых им электрических свечей. Трансформатор Яблочкина имел незамкнутый сердечник. Трансформаторы с замкнутым сердечником, появились значительно позднее, в 1884 г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не применялся.

Выдающийся русский  электротехник М.О. Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1881 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трехфазного тока протяжённостью 175 км. (из местечка Лауфена во Франкфурте-на Майне); трехфазный генератор имел мощность 230 ква при напряжении 95 в.

При помощи трехфазных трансформаторов напряжение генератора в Лауфене повышалось до 15000 в и понижалось во Франкфурне-на-Майне до 65 в (фазное значение), при котором осуществлялось питание трехфазного асинхронного двигателя для насосной установки мощностью 75 квт. При дальнейших опытах напряжение в линии электропередачи повышалось до 28000 в посредством последовательного включения обмотки ВН двух трансформаторов. К.П.Д. электропередачи был 77,4% и считался тогда высоким.

В дальнейшем начали применяться масляные трансформаторы, т.к. было установлено, что масло  является не только хорошей изоляцией, но и хорошей охлаждающей средой для трансформаторов.

Назначение  трансформаторов

Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя (или более) обмотками, предназначенный чаще всего для  преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого  напряжения. Преобразование в трансформаторе осуществляется переменным магнитным  полем. Трансформаторы широко применяются  при передаче электрической энергии  на большие расстояния, распределении  её между приёмниками, а также  в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.

При передаче электрической  энергии от электростанции к потребителям сила тока в линии обуславливает  потери энергии в этой линии и  расход цветных металлов на её устройство. Если при одной и той же передаваемой мощности увеличить напряжение, то сила тока в такой же мере уменьшиться, а следовательно, можно будет применить провода с меньшим поперечным сечением. Это сократит расход цветных металлов при устройстве линии электропередачи и снизит потери энергии в ней.

Электрическая энергия  вырабатывается на электростанциях  синхронными, генераторами при напряжение 11-20 кв; в отдельных случаях применяют напряжение 30-35 кв. Хотя такие напряжения являются слишком высокими для их непосредственного использования в производстве и для бытовых нужд, они недостаточны для экономической передачи электроэнергии на большие расстояния. Дальнейшее повышение напряжения в линиях электропередачи (750 кв и более) осуществляется повышающими трансформаторами.

Приёмники электрической  энергии (лампы накаливания, электродвигатели и т.д.) из соображений безопасности рассчитывают на более низкое напряжение (110-380 в). Кроме того, изготовление электрических аппаратов, приборов и машин на высокое напряжение связано со значительными конструктивными сложностями, так как токоведущие части этих устройств при высоком напряжении требуют усиленной изоляции. Поэтому высокое напряжение, при которой происходит передача энергии, не может быть непосредственно использовано для питания приёмников и подводится к ним через понижающие трансформаторы.

Электрическую энергию  переменного тока по пути от электростанции, где она вырабатывается, до потребителя  приходится трансформировать 3-4 раза. В распределительных сетях понижающие трансформаторы нагружаются неодновременно и не на полную мощность. Поэтому полная мощность трансформаторов, используемых для передачи и распределения электроэнергии, в 7-8 раз больше мощности генераторов, устанавливаемых на электростанциях.

Правила технической  эксплуатации трансформаторов

Установка трансформаторов  должна соответствовать требованиям  ПУЭ.

На баках однофазных трансформаторов  должны быть нанесены расцветка фаз. На баках трехфазных трансформаторов  и групп однофазных трансформаторов  должны быть сделаны надписи, указывающие  мощность и порядковые подстанционные номера трансформаторов.

Трансформаторы наружной установки должны быть окрашены в  светлые тона.

На дверях трансформаторных пунктов и камер должны быть укреплены  предупредительные плакаты установленного образца и формы. Двери должны быть заперты на замок.

Вновь устанавливаемые трансформаторы при отсутствии соответствующего указания завода-изготовителя могут не подвергаться внутреннему осмотру со вскрытием.

Осмотр со вскрытием необходим  при наличии наружных повреждений, допущенных при транспортировании  или хранении, вызывающих предположение  о возможности внутренних повреждений.

Трансформаторы, оборудованные  газовой защитой, должны быть установлены  так, что крышка имела подъем по направлению  к газовому реле не менее 1-1,5%, а маслопровод от трансформатора к расширителю - не менее 2-4%.

Выхлопная труба должна быть снабжена мембраной и соединена  с верхней частью расширителя. На маслопроводе между расширителем и  газовым реле должен быть установлен кран.

Для обслуживания трансформаторов  должны быть обеспечены удобные и  безопасные условия наблюдения за уровнем  и температурой масла, газовым реле, а также отбора проб масла.

Осмотр высоко расположенных  частей работающих трансформаторов 1У габарита и выше должен производиться со стационарных лестниц с учётом требований Правил техники безопасности.

Все маслонаполненные трансформаторы, оборудованные расширителем, должны иметь термометры для измерения  температуры масла.

На трансформаторах с  соволовым наполнением для контроля за давлением внутри бака должны быть установлены мановакуумметры и реле давления, срабатывающие при давлении внутри бака выше 0,6 ат.

Обслуживающий персонал должен вести постоянное наблюдение за показаниями  мановакуумметров, снижая нагрузку трансформаторов при увеличении давления выше нормы (0.5 ат).

Для контроля за максимальной нагрузкой трансформаторы мощностью 1000 ква и выше должны снабжаться амперметрами. На подстанциях без постоянного дежурства рекомендуется устанавливать амперметры биметаллического типа с буксирной стрелкой. Устройство вентиляции трансформаторных пунктов и камер должны обеспечивать работу трансформаторов с номинальной нагрузкой.

При установке сухих трансформаторов  охлаждающий воздух не должен содержать  пыль, паров кислот и других разъедающих  веществ.

Относительная влажность  воздуха и колебания температуры  не должны превышать пределов, указанных  в заводской инструкции.

Трансформаторные установки  должны быть оснащены противопожарными средствами в соответствии с требованиями ПУЭ. При наличии под трансформаторами маслоприёмных устройств дренаж от них и маслопроводы должны содержаться в исправном состоянии.

Уровень масла в расширителе  неработающего трансформатора не должен быть ниже уровня контрольных черт, соответствующих уровням масла  в трансформаторе при температурах окружающей среды -35, +15 и +35 гр.

Принудительная циркуляция масла в системе охлаждения трансформатора должна осуществляться непрерывно вне  зависимости от величины нагрузки.

Эксплуатация трансформаторов  с принудительной циркуляцией масла  без сигнализации о прекращении  циркуляции масла, охлаждающей воды или остановки вентиляторов дутья не допускается.

При наличии маслоохладителей с водяным охлаждением маслонасос должен быть установлен до маслоохладителя  по ходу масла. Давление масла в маслоохладителях должно превышать давление, пропускаемое через них воды.

Для трансформаторов с  принудительным охлаждением допускаются  аварийные режимы работы с прекращением циркуляции масла или воды, либо при остановке вентиляторов дутья. Длительность указанных режимов  устанавливается местными инструкциями в соответствии с результатами испытания  или заводскими данными. При включении  масло-водянного охлаждения трансформаторов в первую очередь пускается масляный насос, а затем водяной. Водяной насос пускается при температуре масла +10 гр.

При отключении сначала отключается  водяной насос, а затем масляный.

При эксплуатации трансформаторов  должны быть предусмотрены меры по предотвращения замораживания маслоохладителей, насосов и водяных магистралей, а также по устранению неплотностей в системе маслоохлаждения согласно местным инструкциям.

Для каждого трансформатора на основе заводских данных определяется максимально допустимая температура  верхних слоёв масла. Эта температура  для трансформаторов без принудительной циркуляции масла не должна быть больше +95 гр. Превышение температуры масла над температурой окружающего воздуха должно быть не более +60 гр.

Трансформаторы с дутьем охлаждением допускают работу с  отключенным дутьём, если температура  верхних слоёв масла не превышает +55 гр. и нагрузка не более 100% номинальной мощности трансформаторов.

Трансформаторы мощностью 31500 ква и более должны иметь устройство автоматического управления дутьевым охлаждением, действующее в зависимости от температуры масла.

Персонал, обслуживающий  трансформаторы, оборудованные переключателем коэффициентов трансформации ПБВ (переключатель без возбуждения), должен не менее чем 2 раза в год перед наступлением зимнего максимума нагрузки и летнего минимума нагрузки произвести проверку правильности установки коэффициента трансформации.

Персонал предприятия, обслуживающий  трансформаторы, снабженные устройством  регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), обязан поддерживать соответствие между напряжением сети и напряжением, устанавливаемым на регулировочном ответвлении.

Длительная (сезонная) работа трансформаторов с выведением из схемы устройством РПН запрещается.

В аварийных режимах при  наличии подвижного резерва допускается  перегрузка маслонаполненных трансформаторов  и автотрансформаторов до 40% сверх номинальной на время максимумов общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 суток; при этом коэффициент заполнения графика нагрузки трансформатора в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75.

В аварийных случаях допускается  кратковременная перегрузка трансформаторов  сверх номинальной при всех системах охлаждения независимо от предыдущего  режима и температуры охлаждающей  среды в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3

Нагрузки в  долях номинальной по току	Допустимая длительность, мм
	Маслонаполненные  трансформаторы	Сухие трансформаторы
1,2	-	60
1,3	120	45
!.4	90	32
1,5	70	18
1,6	45	5
1,75	20	-
2,00	10	-

Автотрансформаторы до 220 кв включительно допускают эти же перегрузки только для обмотки высшего и среднего напряжения.

Длительность и величина перегрузки при аварийных режимах  для трансформаторов с принудительным охлаждением масла устанавливаются  по заводским данным.

При перезагрузке трансформатора сверх допустимой величины дежурный персонал обязан принять меры к его  разгрузке, действуя в соответствии с местной инструкцией.

При работе с перегрузкой  у трансформатора, снабженного устройством РПН, производить переключение ответвлений не допускается, если ток нагрузки превышает номинальный ток переключателя, за исключением трансформаторов с автоматическим регулированием напряжения.

Трансформаторы, имеющие  неполную изоляцию со стороны нулевых  выводов, должны работать с глухозаземлённой нейтралью.

Допускается работа этих трансформаторов  с нейтралью, заземлённой через вентельный разрядник. В этом случае должна быть предусмотрена релейная защита, исключающая возможность работы трансформатора на участок сети с изолированной нейтралью. Вспомогательные обмотки автотрансформаторов должны всегда работать с глухозаземлённой нейтралью.

Во время монтажа новых  или вышедших из капитального ремонта  трансформаторов до включения их под напряжение должны быть произведены  осмотр и испытания в соответствии с указаниями "Объёма и норм испытаний электрооборудования".

Результаты осмотра, испытаний  и приёмки оформляются записями в паспортах и протоколами.

Возможность включения трансформатора под напряжением без сушки, а  также необходимость сушки определяют на основании испытаний, проводимых в соответствии с "Инструкцией по контролю состояния изоляции трансформаторов перед вводом в эксплуатацию".

Включение в сеть трансформатора производится, как правило, толчком  на полное напряжение.

Для трансформаторов допускается  длительное превышение первичное напряжение не более чем на 5% напряжения, соответствующего данному ответвлению. Допустимо превышения напряжения сверх номинального на 10% при нагрузке 25% поминальной или до 6 ч в сутки при номинальной нагрузке.