Назначение трансформаторов

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 Разраб.

 

 Провер.

 

 

 

 Н. Контр.

 

 Утверд.

 

 

 

Лит.

Листов

 

Лист

Лист

СОДЕРЖАНИЕ

 

	Введение……………………………………………………………………..
1.1	Назначение трансформаторов …………………………………………….
1.2	Устройство трансформаторов ……………………………………………..
1.3	Принцип работы трансформатора ………………......................................
1.4	Основные режимы работы трансформаторов ……………….....................
	1.4.1	Холостой ход, токи и потери холостого хода…………………….
	1.4.2	Короткое замыкание. Напряжение и потери короткого замыкания…………………………………………………………..
	1.4.3	КПД трансформатора………………………………………………
1.5	Ремонт силовых трансформаторов ……………………………………….
	1.5.1	Осмотр и дефектация………………………………………………
	1.5.2	Испытание трансформаторного масла…………………………….
1.6	Установка, снятие и замена однофазных счетчиков ……………………..
	1.6.1		Задачи техники безопасности и общие требования……………..
	1.6.2		Меры, обеспечивающие электробезопасность………………….
	1.6.3		Противопожарные мероприятия…………………………………
	Заключение………………………………………………………………….
	Список литературы……………………………….………………………...

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Производство электрической  энергии на крупных электростанциях  с генераторами большой единичной  мощности, размещаемых вблизи расположения топливных и гидравлических энергоресурсов, позволяет получать в этих районах  необходимые количества электрической  энергии при относительно невысокой  ее стоимости.  Использование дешевой  электрической энергии потребителями, которые находятся на значительном расстоянии, иногда измеряемом сотнями  и тысячами километров, и рассредоточены по обширной территории страны, требует  создания сложных разветвленных  электрических сетей. Силовой трансформатор  является одним из важнейших элементов  электрической сети. Передача электрической  энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления  требует в современных сетях  не менее чем шестикратной трансформации  в повышающих и понижающих трансформаторах. Необходимость распределения энергии  между многими мелкими потребителями  приводит к значительному увеличению числа отдельных трансформаторов  по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность трансформаторов  в сети на каждой последующей ступени  с более низким напряжением в  целях более свободного маневрирования энергией выбирается обычно большей, чем  мощность предыдущей ступени более  высокого напряжения. Вследствие этого  общая мощность всех трансформаторов, установленных в сети, в настоящее  время превышает общую генераторную мощность в 8-10 раз. Одной из важных задач  является повышение эффективности  использования материальных ресурсов в трансформаторостроении – материалов, топлива и энергии. Эта задача решается в сложном комплексе  мероприятий, направленных на уменьшение расхода активных, изоляционных и  конструктивных материалов и на уменьшение размеров трансформатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 НАЗНАЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого  напряжения той же частоты. Трансформаторы позволяют значительно повысить напряжение, вырабатываемое источниками  переменного тока, установленными на электрических станциях, и осуществить  передачу электроэнергии на дальние  расстояния при высоких напряжениях (110, 220, 500, 750 и 1150 кВ). Благодаря этому  сильно уменьшаются потери энергии  в проводах, и обеспечивается возможность значительного уменьшения площади сечения проводов линий электропередачи.

В местах потребления электроэнергии высокое напряжение, подаваемое от высоковольтных линий электропередачи, снова понижается трансформаторами до сравнительно небольших значений (127, 220, 380 и 660 В), при которых работают электрические потребители, установленные  на фабриках, заводах, в депо и жилых  домах. На ЭПС переменного тока трансформаторы применяют для уменьшения напряжения, подаваемого из контактной сети к тяговым двигателям и вспомогательным цепям.

Кроме трансформаторов, применяемых  в системах передачи и распределения  электроэнергии, промышленностью выпускаются  трансформаторы: тяговые (для ЭПС), для выпрямительных установок, лабораторные с регулированием напряжения, для питания радиоаппаратуры и др. Все эти трансформаторы называют силовыми.

Трансформаторы используют также для включения электроизмерительных приборов в цепи высокого напряжения (их называют измерительными), для электросварки  и других целей.

 

 

Рисунок 1 – Схема включения однофазного трансформатора

 

 

1.2 УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

Трансформаторы в зависимости  от конфигурации магнитопровода подразделяют на стержневые, броневые и тороидальные.

В стержневом трансформаторе (рис. 2, а) обмотки 2 охватывают стержни  магнитопровода 1; в броневом (рис. 2, б), наоборот, магнитопровод 1 охватывает частично обмотки 2 и как бы бронирует их; в тороидальном (рис. 2, в) обмотки 2 намотаны на магнитопровод 1 равномерно по всей окружности.

 

 

Рисунок 2 – Устройство стержневого (а), броневого (б) и тороидального (в) трансформаторов

 

Трансформаторы большой  и средней мощности обычно выполняют  стержневыми. Их конструкция более  простая и позволяет легче  осуществлять изоляцию и ремонт обмоток. Достоинством их являются также лучшие условия охлаждения, поэтому они  требуют меньшего расхода обмоточных проводов. Однофазные трансформаторы малой мощности чаще всего выполняют  броневыми и тороидальными, так  как они имеют меньшую массу  и стоимость по сравнению со стержневыми  трансформаторами из-за меньшего числа  катушек и упрощения процесса сборки и изготовления. Тяговые трансформаторы с регулированием напряжения на стороне  низшего напряжения — стержневого  типа, а с регулированием на стороне  высшего напряжения — броневого  типа.

 

 

Рисунок 3 – Магнитопроводы однофазного тягового (а) и силового трехфазного (б) трансформаторов: 1 — стержень; 2 — ярмовые балки; 3 — стяжные шпильки; 4 — основание для установки катушек; 5 — ярмо

Магнитопроводы трансформаторов (рис. 3) для уменьшения потерь от вихревых токов собирают из листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Обычно применяют горячекатаную сталь  с высоким содержанием кремния  или холоднокатаную сталь. Листы  изолируют один от другого тонкой бумагой или лаком. Стержни магнитопровода трансформатора средней мощности имеют  квадратное или крестовидное сечение, а у более мощных трансформаторов  — ступенчатое, по форме приближающееся к кругу (рис.4, а). При такой форме  обеспечивается минимальный периметр стержня при заданной площади  поперечного сечения, что позволяет  уменьшить длину витков обмоток, а следовательно, и расход обмоточных проводов. В мощных трансформаторах  между отдельными стальными пакетами, из которых собираются стержни, устраивают каналы шириной 5—6 мм для циркуляции охлаждающего масла. Ярмо, соединяющее стержни, имеет обычно прямоугольное сечение, площадь которого на 10—15% больше площади сечения стержней. Это уменьшает нагрев стали и потери мощности в ней.

В силовых трансформаторах  магнитопровод собирают из прямоугольных  листов. Сочленение стержней и ярма обычно выполняют с взаимным перекрытием  их листов внахлестку. Для этого  листы в двух смежных слоях  сердечника располагают, как показано на рис. 4, б, г, т. е. листы стержней 1, 3 и ярма 2, 4 каждого последующего слоя перекрывают стык в соответствующих  листах предыдущего слоя, существенно  уменьшая магнитное сопротивление  в месте сочленения. Окончательную  сборку магнитопровода осуществляют после  установки катушек на стержни (рис. 4, в).

В трансформаторах малой  мощности магнитопроводы собирают из штампованных листов П- и Ш-образной формы или из штампованных колец (рис. 5, а—в).

 

 

Рисунок 4 – Формы поперечного сечения (а) и последовательность сборки магнитопровода (б — г)

 

Большое распространение  получили также магнитопроводы (рис. 5, г—ж), навитые из узкой ленты электротехнической стали (обычно из холоднокатаной стали) или из специальных железо-никелевых сплавов.

 

 

Рисунок 5 – Сердечники однофазных трансформаторов малой мощности, собранные из штампованных листов (о, б), колец (в) и стальной ленты (г—ж)

 

Обмотки. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка – вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора,  помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной – индексом 2.

Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного  тока. Ток первичной обмотки I1 имеет  активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной  составляющей тока, возникает магнитный  поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф1, сцепленного с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф1 сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания.

ЭДС обмотки пропорциональна  числу её витков. Отношение ЭДС  первичной и вторичной обмоток  называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению  чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Первичную и вторичную  обмотки для лучшей магнитной  связи располагают как можно  ближе друг к другу: на каждом стержне 1магнитопровода размещают либо обе  обмотки 2 и 3 концентрически одну поверх другой (рис.6,а), либо обмотки 2 и 3 выполняют  в виде чередующихся дисковых секций — катушек (рис.6,б). В первом случае обмотки называют концентрическими, во втором — чередующимися, или дисковыми. В силовых трансформаторах обычно применяют концентрические обмотки, причем ближе к стержням обычно располагают  обмотку низшего напряжения, требующую меньшей изоляции относительно магнитопровода трансформатора, снаружи — обмотку высшего напряжения.

В трансформаторах броневого  типа иногда применяют дисковые обмотки. По краям стержня устанавливают  катушки, принадлежащие обмотке  низшего напряжения. Отдельные катушки  соединяют последовательно или  параллельно. В трансформаторах  ЭПС, у которых вторичная обмотка имеет ряд выводов для изменения напряжения, подаваемого к тяговым двигателям, на каждом стержне располагают по три концентрических обмотки (рис.6, в). Ближе к стержню размещают нерегулируемую часть 4 вторичной обмотки, в середине — первичную обмотку 5 высшего напряжения и поверх нее — регулируемую часть 6 вторичной обмотки. Размещение регулируемой части этой обмотки снаружи упрощает выполнение выводов от отдельных ее витков.

В трансформаторах малой  мощности используют многослойные обмотки  из провода круглого сечения с  эмалевой или хлопчатобумажной изоляцией, который наматывают на каркас из электрокартона; между слоями проводов прокладывают изоляцию из специальной бумаги или  ткани, пропитанной лаком.

 

 

Рисунок 6 – Расположение концентрических (а), дисковых (б) и концентрических трехслойных (в) обмоток трансформатора

 

Непрерывную спиральную обмотку  используют в качестве первичной (высшего  напряжения) и регулируемой части  вторичной обмотки (низшего напряжения). Эта обмотка состоит из ряда последовательно  соединенных плоских катушек, имеющих  одинаковые размеры. Катушки расположены  друг над другом. Между ними устанавливают  прокладки и рейки из электрокартона, которые образуют горизонтальные и  вертикальные каналы для прохода  охлаждающей жидкости (масла).

Для повышения электрической  прочности при воздействии атмосферных  напряжений две первые и две последние  катушки первичной (высоковольтной) обмотки обычно выполняют с усиленной  изоляцией. Усиление изоляции ухудшает охлаждение, поэтому площадь сечения  проводов этих катушек берут большей, чем для остальных катушек  первичной обмотки.