Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Справка >> Назначение трансформаторов

Назначение трансформаторов

Принципы действия трансформатора.

Каждая фаза трансформатора состоит из двух или трех изолированных друг от друга обмоток. Обмотки имеют разное (заданное) число витков. Они расположены на одном стержне магнитопровода, который изготовляют из ферромагнитного материала (сталь, никель, кобальт), обладающего большой магнитной проницаемостью.
Когда по одной из обмоток проходит электрический ток, в ней возникает магнитное поле. Магнитная индукция этого поля пронизывает проводники другой обмотки, не обтекаемой первичным током, и наводит в ней напряжение, величина которого пропорциональна числу ее витков, участвующих в этом процессе.
По уравнению трансформатора напряжение во второй обмотке определяют по формуле
U = 4,44 fw Ф,
где 1 — частота переменного тока (для 50 Гц синусоидального тока); w — число витков обмотки; Ф — магнитный поток.

Классификация трансформаторов.

Силовые трансформаторы (далее просто трансформаторы), установленные на электростанциях или подстанциях, служат для преобразования электроэнергии одного напряжения в другое, связи между отдельными элементами (участками) электрической сети, регулирования напряжения и перетоков мощности. Они представляют собой статическое электромагнитное устройство, имеющее две и более индуктивно связанных обмотки. По назначению трансформаторы делятся на повышающие и понижающие, по числу обмоток — на двухобмоточные, трехобмоточные и с расщепленными обмотками. Двухобмоточные трансформаторы имеют обмотки высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН); трехобмоточные — обмотки высшего напряжения, среднего напряжения (СН) и низшего напряжения. По числу фазных обмоток, размещенных на одном магнитопроводе, различают однофазные и трехфазные трансформаторы. Из трех однофазных трансформаторов составляется одна трехфазная группа.

Схемы соединения обмоток двухобмоточного трансформатора
Рис. 1. Схемы соединения обмоток двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН (о), трехфазного трехобмоточного автотрансформатора (б)

Трансформаторы с расщепленными обмотками (рис. 1, а) применяют в основном для снижения токов короткого замыкания в данной точке сети. Под трансформаторами с расщепленной обмоткой понимают такой трансформатор, одна из обмоток которого имеет две части и более, электрически несоединенные и имеющие раздельные выводы. Это позволяет использовать каждую часть независимо от других.
При необходимости отдельные части обмотки, если их номинальное напряжение одинаково, могут быть соединены электрически и включены на параллельную работу. Возможна также работа каждой части расщепленной обмотки при отключенной другой. Суммарная мощность всех частей расщепленной обмотки равна номинальной мощности трансформатора.
Трансформаторы с расщепленными обмотками (ГОСТ 17544—85) изготовляют на 500...750 кВ как однофазными, так и трехфазными. В отличие от обычного двухобмоточного трансформатора у трансформатора с расщепленной на две части обмоткой (НИ, и НН2) обмотка ВН имеет две параллельные ветви. У однофазного трансформатора ветви обмотки ВН и обмотки НН размещаются на разных стержнях магнитопровода. В трехфазном трансформаторе ветви расщепленной обмотки НН каждой фазы располагаются не на разных стержнях, а на одном стержне, сдвинутыми в осевом направлении. От взаимного расположения витков обмоток зависят эксплуатационные свойства и параметры схемы замещения трансформатора.
Однофазные трансформаторы с расщепленными обмотками применяют в соответствии с ГОСТ 17544—85 только для напряжений 500...700 кВ. Они не рассчитаны на серийное производство. Однако в будущем роль этих трансформаторов для сети напряжением до 35 кВ будет возрастать, так как растут токи короткого замыкания в сети напряжением 0,4... 35 кВ и их необходимо снижать.
Автотрансформатор отличается от обычного трансформатора тем, что две его обмотки электрически соединены, что обусловливает передачу мощности не только электромагнитным, но и электрическим путем.
Автотрансформаторы широко применяют в сетях напряжением 150 кВ и выше благодаря их меньшей стоимости и меньшим суммарным потерям активной мощности в обмотках по сравнению с трансформаторами той же мощности. Потери мощности в стали автотрансформаторов также ниже по сравнению с трансформаторами.
Обычно у многообмоточного автотрансформатора электрически связаны обмотки ВН и СН, а обмотка НН (третичная обмотка) имеет электромагнитную связь (рис. 1, б). Три фазы обмотки высшего и среднего напряжения автотрансформатора соединяют в звезду и общую нейтраль их заземляют, а обмотка низшего напряжения всегда соединяется в треугольник. Обмотка высшего напряжения каждой фазы автотрансформатора состоит из двух частей: общей обмотки, или обмотки среднего напряжения, и последовательной обмотки. Благодаря наличию электрической связи между обмотками в автотрансформаторе иное токораспределение, чем в трансформаторе.
Мощность S„ = SD= Sном2 = Sтип называется типовой мощностью автотрансформатора. Она представляет собой часть номинальной мощности и передается электромагнитным путем. Так как мощность в а* раз меньше номинальной, расход активных материалов, размеры, масса и стоимость автотрансформатора будут меньше, чем у обычного трансформатора такой же номинальной мощности.

*а — коэффициент выгодности автотрансформатора.


Величина коэффициента выгодности зависит от соотношения высшего и среднего напряжений UB/UC и колеблется от 0,855 (UB = = 750 кВ, Uc = 110кВ) до 0,267 (UB = 150 кВ, Uc = 110 кВ). Если величины высшего и среднего напряжений отличаются незначительно, то применение автотрансформатора вместо обычного трансформатора становится экономически более выгодным.
Пример. Необходимо передать мощность 50 кВ • А из сети 230 В в сеть 380 В, применив для этого автотрансформатор.
Определим коэффициент выгодности ост: ат = 1 - V/K, где К= СУ£/, или 1 - 230/380 = 1 - 0,6 = 0,4.
Значит, вместо обычного трансформатора мощностью 50 кВ - А можно применить автотрансформатор мощностью 50x0,4 = = 20 кВА.
Обмотка НН понижающего автотрансформатора используется для питания нагрузки, а также для присоединения компенсирующих устройств (синхронного компенсатора, батареи конденсаторов). Ее мощность выбирается равной типовой мощности = Sтип = _ с
~ Sном.
На электростанциях, когда нет необходимости использовать коэффициенты выгодности автотрансформаторов, для передачи мощности генераторов применяют повышающие трансформаторы без РПН, так как первичное напряжение (напряжение генераторов) стабильное.
В сетях энергосистем автотрансформаторы применяют чаще всего как элементы связи в системообразующих точках разного напряжения ВН и СН.
Различие между понижающим и повышающим автотрансформатором состоит в том, что в общей обмотке первого проходит разность токов /с - /в, а в общей обмотке второго — их сумма /с + 1В. Кроме того, благодаря конструкционному расположению обмоток повышающие автотрансформаторы обладают сравнительно небольшим реактивным сопротивлением (10... 13 %) в режиме работы НН—ВН, что очень важно с точки зрения уменьшения суммарной реактивности электропередачи. Понижающие автотрансформаторы, наоборот, имеют большое реактивное сопротивление (24... 36 %) между обмотками ВН— НН, что благоприятно сказывается на ограничении величин тока КЗ на стороне НН. В то же время большое значение реактивного сопротивления затрудняет регулирование напряжения и увеличивает потребление реактивной мощности.
Недостатком электрической связи обмоток ВН и СН автотрансформатора является возможность непосредственной передачи перенапряжений из одной сети в другую. Для защиты изоляции автотрансформатора от повреждений на выводах высшего и среднего напряжений устанавливают вентильные разрядники, присоединяемые непосредственно (без разъединителей) к вводам автотрансформатора.
Для уменьшения токов однофазных КЗ в нейтрали автотрансформаторов включают токоограничивающие реакторы типа РОН-35, которые включают без разъединителей к ошиновке нейтрали.
Заземление нейтралей всех работающих в энергосистеме автотрансформаторов приводит к увеличению токов однофазного КЗ.
Технические данные трансформаторов указаны на специальных щитках, которые крепятся к баку трансформатора. В них пере- числены все необходимые сведения о трансформаторе, в том числе: тип трансформатора (автотрансформатора); обозначение схемы и группы соединения обмоток; номинальная частота; вид переключения ответвлений; номинальная мощность, кВ-А; номинальное напряжение трансформатора и напряжение ответвлений, кВ; номинальные токи, А; напряжение короткого замыкания, %; полная масса трансформатора, кг или т; масса масла, кг или т; масса активной части, кг или т; транспортная масса (если она равна или больше 90 т); масса съемной части бака в транспортном состоянии, кг или т.
В зависимости от мощности трансформаторы изготовляют сухими (С), сухими защищенными (СЗ) или сухими герметичными (СГ) или масляными (М).
Условное обозначение трансформаторов (масляных) обычно состоит из буквенной и цифровой частей. Буквы означают: А — автотрансформаторная схема соединения обмоток; Т и О — число фаз (трехфазный, однофазный); Р — наличие расщепленной обмотки (из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей, которые допускают независимую друг от друга нагрузку или питание) на стороне НН; М, Д, ДЦ, Ц, МЦ и MB — система охлаждения; Т — наличие третьей обмотки; Н — наличие регулирования под нагрузкой; С и 3 — трансформатор собственных нужд, без расширителя. Номинальная мощность трансформатора указывается в кВ * А (числитель в цифровой части обозначения).
Например, условное обозначение трансформатора ТРДНС- 32000310-92У1 означает, что это трехфазный двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой НН, с системой охлаждения «Д», с РПН, исполнения для собственных нужд электростанций, номинальной мощностью 32 000 кВ - А, класса напряжения 10 кВ, конструкции 1992 г., для районов с умеренным климатом для наружной установки.
Для перевозки трансформаторов в ремонт и выбора соответствующих транспортных средств необходимо знать их предельные внешние габаритные размеры. При изготовлении и ремонте трансформаторов со сменой отдельных элементов (обмоток, магнито- провода и др.) размеры последних выбирают в зависимости от установленных для этих трансформаторов габаритных размеров. Для трансформаторов и автотрансформаторов отечественного производства введены восемь габаритных размеров (табл. 1).
На подстанциях дальних электропередач применяют шунтирующие реакторы. По своей конструкции они близки к трансформаторам и автотрансформаторам. Однако шунтирующие реакторы — это индуктивности, предназначенные для компенсации емкостного сопротивления линий большой протяженности. Их включают непосредственно по концам линий сверхвысоких напряжений, подключают также к шинам среднего напряжения и третичным обмоткам автотрансформаторов на подстанциях дальних электропередач.

Габаритные размеры силовых трансформаторов


Номер размера

Диапазон мощностей, кВ-А

Класс напряжения, кВ

I

До 100

До 35

II

Свыше 100 до 1000

До 35

III

Свыше 1000 до 6300

До 35

IV

Свыше 6300

До 35

V

До 32 000

Свыше 35 до 110

VI

Свыше 32 000 до 80 000

До 330

VII

Свыше 80 000 до 200 000

До 330

VIII

Свыше 200 000

До 330

 

Независимо от мощности

Свыше 330

 

Независимо от мощности

Независимо от напряжения

 

для ВЛ постоянного тока

 

В эксплуатации находятся шунтирующие реакторы с отбором мощности. Такие реакторы имеют вторичные обмотки или ответвления от основной обмотки, используемые для подключения нагрузки.

 
« Нагрузочная способность трансформаторов   Непрерывная обмотка трансформатора »
электрические сети