Устройство трансформатора, принцип действия, режимы работы

Введение 3

Глава 1 Силовые трансформаторы и автотрансформаторы. Общие

сведения 4

   1.1 Трансформаторы. Понятия и основные сведения 4

   1.2 Классификация трансформаторов 6

   1.3 Номинальные параметры трансформаторов  8

   1.4 Системы охлаждения силовых  трансформаторов  10

   1.5 Нагрузочная способность трансформаторов  11

   1.6 Автотрансформаторы и их особенности  12

Глава 2 Устройство трансформатора, принцип действия, режимы

 работы 14

   2.1 Устройство трансформатора. Основные детали  14

   2.2 Принцип действия трансформатора 18

   2.3 Режимы работы трансформатора 23

Заключение   25

Список  использованных источников 26

 

     ВВЕДЕНИЕ

     Данная  тема является чрезвычайно актуальной, так как в системах электроснабжения промышленных предприятий главные  понизительные и цеховые подстанции используют для преобразования и  распределения электроэнергии, получаемой обычно от энергосистем. На всех подстанциях  для изменения напряжения переменного  тока служат силовые трансформаторы различного конструктивного исполнения, выпускаемые в широком диапазоне  номинальных мощностей и напряжений.

     Цеховые трансформаторные подстанции в настоящее  время часто выполняются комплектными, и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто.

     Трансформаторы  широко используются для следующих  целей и помогают решить множество  проблем: передают и распределяют электрическую  энергию, обеспечивают нужную схему  включения вентилей в преобразовательных устройствах, также трансформаторы используют для различных технологических  целей, с их помощью подключают различные  электрические приборы и аппараты, питают различную бытовую аппаратуру, приботы автоматики и телемеханики и т.д.

     Трансформаторы  повышают напряжение, помогают передать энергию на дальные расстояния, сильно понижая потери. А в местах потребления электроэнергии высокое напряжение понижается с помощью трансформаторов до сравнительно небольших значений.

     Целью данной работы является необходимость  описать силовые трансформаторы и автотрансформаторы промышленных предприятий, их свойства, классификацию, принцип работы, особенности, рассказать о преимуществах и недостатках, в очередной раз подчеркнуть важность и необходимость трансформаторов для энергетических предприятий.

 

     Глава 1. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы. Общие сведения и параметры

1. Трансформатор. Понятие и основные определения

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1 – Трансформатор 

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

     Трансформатор представляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки – вторичными.  

     Если во вторичной обмотке трансформатора намотано в три раза больше витков, чем в первичной, то магнитное поле, созданное в сердечнике первичной обмоткой, пересекая витки вторичной обмотки, создаст в ней в три раза больше напряжение. Применив трансформатор с обратным соотношением витков, можно так же легко и просто получить пониженное напряжение.

     Силовые трансформаторы, установленные на электростанциях и подстанциях, предназначены для преобразования электроэнергии с одного напряжения на другое. Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12—15% ниже, а расход активных материалов и стоимость на 20—25% меньше, чем в группе трех однофазных трансформаторов такой же суммарной мощности.

     Трехфазные трансформаторы на напряжение 220 кВ изготовляют мощностью до 1000 MBА, на 330 кВ - 1250 МВА, на 500 кВ - 1000 МВА. Удельная единичная мощность трансформаторов ограничивается массой, размерами, условиями транспортировки.

     Однофазные трансформаторы применяются, если невозможно изготовление трехфазных трансформаторов необходимой мощности или затруднена их транспортировка. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов напряжением 500 кВ — 3 * 533 МВА, напряжением 750 кВ - 3 * 417 МВА, напряжением 1150 кВ - 3 * 667 MBA.

     По количеству обмоток различного напряжения на каждую фазу трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные. Кроме того, обмотки одного и того же напряжения, обычно низшего, могут состоять из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленными обмотками. Обмотки высшего(ВН), среднего(СН) и низшего(НН) напряжения принято сокращенно обозначать соответственно ВН, СН, НН.

     Трансформаторы с расщепленными обмотками НН обеспечивают возможность присоединения нескольких генераторов к одному повышающему трансформатору. Широкое распространение трансформаторы с расщепленной обмоткой НН получили в схемах питания собственных нужд крупных ТЭС, а также на понижающих подстанциях с целью ограничения токов КЗ.

     К основным параметрам трансформатора относятся номинальные мощность, напряжение, ток, напряжение КЗ; ток XX(холостой ход); потери XX и КЗ.

     1.2 Классификация трансформаторов  

Классификация трансформаторов  напряжения:

  а) по числу фаз — однофазные и трехфазные;

     б) по числу обмоток — двухобмоточные и трехобмоточные;

     в) по классу точности, т. е. по допускаемым  значениям погрешностей;

     г) по способу охлаждения — трансформаторы с масляным охлаждением (масляные), с естественным воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией);

     д) по роду установки — для внутренней установки, для наружной установки  и для комплектных распределительных  устройств (КРУ).

  Для напряжений до 6 кВ трансформаторы напряжения изготовляют сухими, т. е. с естественным воздушным охлаждением. Для напряжений выше 6 кВ применяют масляные трансформаторы напряжения.

  Трансформаторы внутренней установки предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от -40 до + 45°С с относительной влажностью до 80 %.

  В однофазных трансформаторах напряжения на 6 к 10 кВ преимущественно применяеться литая изоляция. Трансформаторы с литой изоляцией полностью или частично (одни обмотки) залиты изоляционной массой (эпоксидной смолой). Такие трансформаторы, предназначенные для внутренней установки, выгодно отличаются от масляных: имеют меньшие массу и габаритные размеры и почти не требуют ухода в эксплуатации.

  Трехфазные двухобмоточные трансформаторы напряжения имеют обычные трехстержневые магнитопроводы, а трехобмоточные — однофазные броневые.

     В масляных трансформаторах основной изолирующей и охлаждающей средой является трансформаторное масло. Масляный трансформатор состоит из магнитопровода, обмоток, бака, крышки с вводами. 

     Кроме указанных трансформаторов с  масляным охлаждением (ТМ) выпускаются  трансформаторы в герметичном исполнении (ТМГ), в которых масло не сообщается с воздухом и, следовательно, исключается  его ускоренное окисление и увлажнение. 

     Сухой трансформатор, так же как и масляный, состоит из магнитопровода, обмоток  ВН и НН, заключенных в защитный кожух. Основной изолирующей и охлаждающей  средой является атмосферный воздух. Сухие трансформаторы имеют несколько  большие габаритные размеры и  массу и меньшую перегрузочную  способность, чем масляные, и используются для работы в закрытых помещениях с относительной влажностью не более 80%. К преимуществам сухих трансформаторов  относят их пожаробезопасность (отсутствие масла), сравнительную простоту конструкции  и относительно малые затраты  на эксплуатацию.

  Классификация трансформаторов  тока:

  1. По назначению трансформаторы тока можно разделить на измерительные, защитные, промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.) и лабораторные (высокой точности, а такжесо многими коэффициентами трансформации).

  2. По роду установки различают трансформаторы тока:

   а) для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);

     б) для внутренней установки;

     в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.;

     г) накладные — одевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора);

     д) переносные (для контрольных измерений  и лабораторных испытаний).

  3. По конструкции первичной обмотки трансформаторы тока делятся на:

   а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой);

     б) одновитковые (стержневые);

     в) шинные.

  4. По выполнению изоляции трансформаторы тока можно разбить на группы:

     а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, и т.д.);

     б) с бумажно-масляной изоляцией и  с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;

     в) с заливкой компаундом.

  5. По числу ступеней трансформации имеются трансформаторы тока:

   а) одноступенчатые;

     б) двухступенчатые (каскадные).

       6. По рабочему напряжению различают трансформаторы:

   а) на номинальное напряжение выше 1000 В;

     б) на номинальное напряжение до 1000 В.

  Сочетание различных классификационных признаков вводится в обозначение типа трансформаторов тока, состоящее из буквенной и цифровой частей. 
 
 
 

1.3 Номинальные параметры трансформаторов 

     Номинальным называется режим работы трансформатора, для которого он предназначен заводом-изготовителем. Условиями, определяющими номинальный режим работы, являются:

     - номинальная мощность, , кВА, МВА;

     - номинальное напряжение, , кВ;

     - номинальный ток,  , А;

     - номинальные условия охлаждающей  среды;

     - напряжение короткого замыкания,  ;

     - ток холостого хода, ;

     - потери холостого хода, ;

     - потери короткого замыкания,  .

     Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в паспорте значение полной мощности, на которую трансформатор может быть нагружен непрерывно в номинальных условиях установки и охлаждающей среды при номинальной частоте и напряжении. Если обмотки трансформатора имеют разные мощности, то за номинальную принимают наибольшую (обычно ВН). За номинальную мощность АТ принимается номинальная мощность сторон, имеющих автотрансформаторную связь. Ее называют "проходной" мощностью.