Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Омский государственный университет путей сообщения»-

«Омский техникум железнодорожного транспорта»

(ОТЖТ - филиал ОмГУПСа)

Утверждаю:

заместитель директора по учебной работе

С. А. Писаренко

Дипломный проект

Тема: «Анализ выбора оборудования тяговой подстанции переменного тока и ремонт трансформаторов напряжения»

Студент группы ЭХ-135-IV курса специальности 140212 Электроснабжение (по отраслям) Токарчук Дмитрий Юрьевич



Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Омский государственный университет путей сообщения»-

«Омский техникум железнодорожного транспорта»

(ОТЖТ - филиал ОмГУПСа)

Утверждаю:

заместитель директора

по учебной работе

С. А. Писаренко

2013 г.

Задание на дипломный проект студенту группы ЭХ-135-IV курса специальности 140212 Электроснабжение (по отраслям) Токарчук Дмитрию Юрьевичу.

1 Тема проекта: «Анализ выбора оборудования тяговой подстанции переменного тока и ремонт трансформаторов напряжения» задана в соответствии с приказом по техникуму о допуске к выполнению выпускной квалификационной работы № 32/д от “23 ” марта 2013 г.

2 Срок сдачи студентом законченного проекта 07 июня 2013 г.

3 Исходные данные к проекту:

- первичное напряжение - 220 кВ;

- вторичные напряжения - 27,5; 10 кВ;

- род тока электрифицированного участка железной дороги - переменный;

4 Содержание расчетно-пояснительной записки:

1 Теоретический раздел

1.1 Выбор однолинейной схемы

1.2 Расчет мощности подстанции

1.3 Расчет максимальных рабочих токов

1.4 Расчет параметров короткого замыкания

1.5 Выбор и проверка высоковольтных выключателей

1.6 Выбор и проверка разъединителей

1.7 Выбор и проверка трансформаторов тока

1.8 Выбор и проверка трансформаторов напряжения

2 Технологический раздел

Исследование работы трансформаторов напряжения

3 Экономический раздел

Определение эксплуатационных расходов на содержание подстанции

4 Охрана труда и безопасность движения

Техника безопасности при работах в электроустановках

5 Графический материал, выполненный по ЕСКД:

Лист 1 Однолинейная схема подстанции

Лист 2 Внешний вид трансформатора напряжения

Лист 3 Схема соединения трансформатора напряжения

6 Календарный план

Разделы	Даты Выполнения разделов проекта	Отметки о выполнении разделов проекта	Подпись руководителя
1 Теоретический раздел	07.05.13
2 Технологический раздел	14.05.13
3 Экономический раздел	21.05.13
4 Охрана труда и безопасность движения	28.05.13

7 Дата выдачи задания 25 марта 2013 г.

Заведующий отделением

140212 и 080110 Е. Е. Кузнецова

Руководитель проекта А.А. Соколова

Задание к исполнению принял Д.Ю. Токарчук



Введение

Железная дорога - одна из важнейших составных частей магистрально-технической базы экономики страны.

До 1955 г. электрификация железных дорог велась на постоянном токе напряжением 3,3 кВ, с 1955 г. - на переменном токе 27,5 кВ и постоянном 3,3 кВ. с 1980 г. на ряде участков электрификация осуществляется на переменном токе по системе 2Ч25 кВ.

На электростанциях вырабатывается трехфазный переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 3,15; 6,3; 10,5; 15,75 и 21 кВ. Часть электрической энергии передается потребителям по ЛЭП на генераторном напряжении, другая часть поступает на расположенную рядом повышающую трансформаторную подстанцию, где напряжение повышается до десятков или сотен киловольт. Передача электроэнергии высоким напряжением на большие расстояния более экономична, так как снижаются ее потери в проводах ЛЭП.

Система однофазного переменного тока напряжением 25 кВ нашла широкое применение в тяговых сетях электрифицированных железных дорог.

Каждая тяговая подстанция является ответственным электротехническим сооружением (электроустановкой), оснащенной мощной современной силовой (трансформаторы), коммутационной (выключатели переменного тока, разъединители), и вспомогательной аппаратурой, большая часть которой работает в режиме автотелеуправления.

Тяговая подстанция получает питание по двум вводам, тупиковая, и через РУ питающего напряжения оно подается на первичные обмотки главных понижающих трансформаторов ГПТ - 1 и ГПТ - 2, которые понижают напряжение до 10 кВ и подают энергию в РУ - 10 кВ, со сборных шин которого запитываются преобразовательные агрегаты ПА - 1 и ПА - 2, трансформаторов собственных нужд ТСН - 1 и ТСН - 2 и нетяговые потребители 10кВ.

От РУ - 3,3 кВ осуществляется электроснабжение участка железной дороги по фидерам контактной сети, количество которых определяется схемой питания и секционирования контактной сети.

Питание не тяговых потребителей напряжением 35 кВ осуществляется от сборных шин 35 кВ, получающих питание от третьей обмотки ГПТ - 1 и ГПТ - 2. Если не тяговые потребители 35 кВ отсутствуют, то главные понижающие трансформаторы выполняются двух обмоточными.



1. Теоретический раздел

1.1 Выбор однолинейной схемы

Однолинейная схема электрических соединений определяет основные качества электрической части спроектированной подстанции. От этой схемы зависят надежность электрооборудования потребителей, ремонтоспособность, удобство технического обслуживания и безопасность персонала, рациональность размещения электрооборудования.

Однолинейная схема состоит из 3 распределительных устройств: ОРУ - 220 кВ, ОРУ - 27,5 кВ, ЗРУ - 10 кВ.

Питание распределительного устройства 220 кВ на трансформаторы поступает по линиям электропередачи по вводам W₁, W₂, на которых установлены разъединители типа РГ - 220/1000 УХЛ1. Между вводами выполняется перемычка с двумя разъединителями. На первичной стороне трансформаторов также установлены разъединители, такие же как на вводах. Встроенные трансформаторы тока необходимы для подключения амперметра и релейных защит. Наличие перемычки с разъединителем. имеющим дистанционное управление, позволяет обеспечить питание любого трансформатора по любому вводу или двух трансформаторов по одному вводу. Второй разъединитель перемычки с ручным приводом используется при ремонте для создания видимого разрыва цепи, трансформатор остается в работе, получая электроэнергию по вводу W₂.

Распределительное устройство 27,5кВ включает в себя сборные шины, вводы от обмоток 27,5 кВ главных понижающих (тяговых) трансформаторов, фидеры контактной сети и ДПР, трансформаторы собственных нужд.

Шины 27,5 кВ состоят из проводов фаз А и В, секционированных разъединителями, которые нормально включены. Секционирование сборных шин 27,5 кВ двумя разъединителями обеспечивает безопасное выполнение работ и на секциях шин. Фаза С представляет собой рельс уложенный в земле, так называемый рельс земляной фазы, который соединен с контуром заземления подстанции, рельсом подъездного пути, отсасывающей линией и тяговым рельсом.

Питающие линии контактной сети (фидеры) присоединяют к фазе А и В согласно фазировке станции и прилегающих перегонов. Для замены любого фидерного выключателя при выводе его в ремонт или аварийном режиме в схеме,ОРУ -- 27,5 кВ предусмотрена запасная шина, которая может получить питание через запасной выключатель от фазы А и В сборных шин.

На тяговых подстанциях ЗРУ - 10 кВ может получать питание от одного понижающего трансформатора при включенном секционном выключателе.

Для ЗРУ - 10 кВ предусматривается установка выключателей.

Все отходящие линии 10 кВ имеют защиту замыкания на землю, для питания которой предусмотрен трансформатор тока.

1.2 Расчет мощности подстанции

Максимальная активная мощность районного потребителя рассчитывается по формуле:

(1.1)

где Р_уст - установленная мощность потребителя, кВт;

к_с - коэффициент спроса;

,

.

Сумма максимальных активных мощностей районных потребителей:

,

,

Тангенс угла :

,

где cos - коэффициент мощности;

,

,

Максимальная реактивная мощность районного потребителя:

,

квар;

квар.

Сумма максимальных реактивных мощностей районных потребителей:

,

.

Максимальная полная мощность всех районных потребителей:

,

где Р_пост - постоянные потери в стали трансформатора, принимаемые 8%;

Р_пер - переменные потери в стали трансформатора, принимаемые 2%;

,

Мощность на тягу поездов

Мощность тяговой нагрузки:

,

где I'_д - наиболее загруженное плечо питания, А;

I''_д - наименее загруженное плечо питания, А;

к_м - коэффициент, для двухпутной линии, принимаемый 1,45;

Полная расчетная мощности подстанции.

Мощность на шинах равная 27,5 кВ рассчитывается по формуле:

,

где S_дпр - мощность нетяговых железнодорожных потребителей на электрифицированной дороге переменного тока, питающийся по линии «два провода - рельс», кВА;

S_сн - мощность собственных нужд (определяется по маркировке трансформатора собственных нужд), кВА;

к_р - коэффициент разновременности максимальных нагрузок, принимаемый 0,95;

,

Максимальная полной мощности:

,

.

Выбор главных понижающих трансформаторов

Расчетная мощность главного понижающего трансформатора определяется по формуле:

,

где к_ав - коэффициент допустимой аварийной перегрузки трансформатор по его отношению к его номинальной мощности принимаемый

n_тр - количество главных понижающих трансформаторов, принимаемые равным 2;

,

Условия выбора главного понижающего трансформатора (таблица 1.1)

S_номГПТ ? S_{ГПТрасч}; (1.11)

U_1ном ? U_1раб; (1.12)

U_2ном ? U_2раб; (1.13)

U_3ном ? U_3раб. (1.14)

40000 кВ > 35839,574кВ;

230 кВ > 220 кВ; 27,5 кВ = 27,5 кВ;

11 кВ > 10 кВ.

Таблица 1.1. - Электрические характеристики масляных трансформаторов с внешним напряжением 220кВ.

Тип	Номинальная мощность, кВА	Номинальное напряжение обмоток, кВ	Напряжение короткого замыкания	Схема и группа соединения обмоток
		высшего напряжения	среднего напряжения	низшего напряжения	uкВ-С, %	uкВ-Н, %
ТДТНЖ - 40000/220 УХЛ-1	40000	230	27,5	11	12,5	22	Y*/Д- Д-11-11

Полная мощность подстанции

Полная мощность отпаечной тяговой подстанции:

,

,

1.3 Расчет максимальных рабочих токов

Максимальные рабочие токи открытого распределительного устройства 220 кВ.

Максимальный рабочий ток вводов ЛЭП:

,

,

Максимальный рабочий ток ремонтной перемычки первичной обмотки высшего напряжения силового трансформатора:

,

где k_п - коэффициент допустимой перегрузки трансформатора принимаемый 1,3;

.

Максимальные рабочие токи распределительных устройств 10 и 27,5 кВ

Максимальный рабочий ток вторичной обмотки среднего напряжения силового трансформатора:

,

где k_п - коэффициент перспективы, принимаемый 1,5;

,

,

Максимальный рабочий ток сборных шин 10 и 27,5 кВ:

,

,

где k_рн2 - коэффициент распределения нагрузки на шинах среднего или низшего напряжения, равный 0,5 при числе присоединений 5 и более; 0,7 - при меньшем числе присоединений;

,.

,

Распределительное устройство на 27,5 кВ:

Рабочий ток первичной обмотки ТСН:

,

,

Рабочий ток ДПР:

,

,

1.4 Расчет параметров короткого замыкания

Для расчета точек короткого замыкания (КЗ) применяется метод относительных единиц.

Расчет относительных сопротивлений до заданных точек короткого замыкания (рисунок 1.1):

Рисунок 1.1 - Расчетная схема

Расчет относительных сопротивлений до заданных точек короткого замыкания выполняется по схеме замещения (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2- Схема замещения

Сопротивление системы рассчитывается по формуле:

,

где S_б - базисная мощность, МВА;

S_кс - мощность короткого замыкания системы, МВА;

,

Сопротивление линии рассчитывается по формуле:

,

где U_ср - среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ;

l - длина линии, км;

х₀ - индуктивное сопротивление линии на 1 км длины, Ом/км;

,

.

Сопротивление трансформатора рассчитывается по формуле:

,

где u_к% - напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

Для расчета точек короткого замыкания используется схема преобразования (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Схема преобразования

1.5 Расчет параметров цепи короткого замыкания

Базисный ток рассчитывается по формуле:

,

,

,

,

Действующее значение тока короткого замыкания рассчитывается по формуле:

,

,

,

,

Ударный ток рассчитывается по формуле:

,

,

,

,

1.6 Выбор и проверка высоковольтных выключателей

Выбираем высоковольтный выключатель, установленный в первичной обмотке высшего напряжения силового трансформатора типа ВМТ-220Б-25/1250-УХЛ1

- по роду установки - наружная;

- по конструктивному исполнению - маломасляные;

- по напряжению установки:

U_ном?U_{раб.макс} (1.29)

220 кВ=220кВ;

- по номинальному току:

I_ном?I_{раб.макс} (1.30)

,

Время отключения тока кз:

t_отк=t_рз+t_ср+t_ов; (1.31)

где t_рз - собственное время срабатывания защиты (по принципиальной схеме рисунок 1.4), с;

t_ср - время выдержки срабатывания защиты, принимается 0,1 с;

t_ов - собственное время отключения выключателя, с;

t_отк=2+0,1+0,035=2,135 с.

Тепловой импульс тока кз:

В_к=I_к²(t_отк+Т_а); (1.32)

где Т_а - периодическая составляющая тока короткого замыкания, принимается 0,05 с;

,

Значения теплового импульса тока кз сводим в таблицу.

Проверку высоковольтного выключателя ВМТ-220Б-25/1250-УХЛ1 установленный в первичной обмотке высшего напряжения силового трансформатора осуществляем:

- на электродинамическую стойкость

,

,

-на термическую стойкость:

,

,

-по номинальному току отключения:

,

,

Рисунок 1.4- Принципиальная схема

Данные по проверке и выбору ВМТ-220Б-25/1250-УХЛ1 сведены в таблицах 1.2, 1.3.

Согласно проверке выбранный выключатель типа ВМТ-220Б-25/1250-УХЛ1 является электродинамически и термически стойким.

Аналогично выбираем и проверяем выключатели, установленные в ОРУ - 220 кВ, ОРУ - 27,5 кВ и ЗРУ - 10 кВ данные выключатели согласно проверке являются электродинамически и термически стойкими.

Таблица 1.2 - Тепловой импульс

Место установки
Вводы ЛЭП	2,856	2	0,1	0,035	0,05	2,135	6,24
Рабочая перемычка	2,856	2	0,1	0,035	0,05	2,135	6,24
Обмотка высшего напряжения силового трансформатора	2,856	2	0,1	0,035	0,05	2,135	6,24
Обмотка среднего напряжения силового трансформатора	8,923	1,5	0,1	0,06	0,05	1,66	19,498
Первичная обмотка ТСН	8,923	1,5	0,1	0,06	0,05	1,66	19,498
Фидер ДПР	8,923	1	0,1	0,06	0,05	1,66	19,498
Фидер контактной сети 1	8,923	0	0,1	0,06	0,05	0,16	16,72
Фидер контактной сети 2	8,923	0	0,1	0,06	0,05	0,16	16,72
Фидер контактной сети 3	8,923	0	0,1	0,06	0,05	0,16	16,72
Фидер контактной сети 4	8,923	0	0,1	0,06	0,05	0,16	16,72
Обмотка низкого напряжения силового трансформатора	15,066	1,5	0,1	0,04	0,05	1,64	32,919
Сборные шины 10 кВ	15,066	1,5	0,1	0,04	0,05	1,64	32,919
Фидера районных потребителей:
Вокзал	15,066	1	0	0,06	0,05	1,11	32,919
Жилой поселок	15,066	1	0	0,06	0,05	1,11	32,919

Таблица 1.3 - Выключатели

Место установки	Тип	Паспортные значения	Расчетные значения
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Рабочая перемычка	ВМТ-220Б-25/1250 УХЛ 1	220	1250	1875	25	65	220	346,41	6,24	2,856	7,283
Обмотка высшего напряжения силового трансформатора	ВМТ-220Б-25/1250 УХЛ 1	220	1250	1875	25	65	220	136,41	6,24	2,856	7,283
Обмотка среднего напряжения силового трансформатора	ВЦБ-35-25/1600 УХЛ 1	35	1600	1200	25	45	27,5	1091,72	19,498	8,923	22,759
Первичная обмотка ТСН	ВЦБ-35-25/1600 УХЛ 1	27,5	1600	1200	25	45	27,5	10,92	19,498	8,923	22,759
Фидер ДПР	ВЦБ-35-25/1600 УХЛ 1	27,5	1600	1200	25	45	27,5	11,02	19,498	8,923	22,759
Фидер контактной сети1	ВВФ-27,5-20/1200 УХЛ 1	27,5	1200	1200	20	31,5	27,5	600	16,72	8,923	22,759
Фидер контактной сети2	ВВФ-27,5-20/1200 УХЛ 1	27,5	1200	1200	20	31,5	27,5	650	16,72	8,923	22,759
Фидер контактной сети3	ВВФ-27,5-20/1200 УХЛ 1	27,5	1200	1200	20	31,5	27,5	700	16,72	8,923	22,759
Фидер контактной сети 4	ВВФ-27,5-20/1200 УХЛ 1	27,5	1200	1200	20	31,5	27,5	800	16,72	8,923	22,759
Обмотка низкого напряжения силового трансформатора	ВВЭ10-31,5/3150 УХЛ 3	10	3150	2982,4	31,53	31,5	10	3002,22	32,919	15,066	38,418
Сборные шины	ВВЭ10-31,5/630 УХЛ 3	10	630	2982,4	31,53	31,5	10	338,86	32,919	15,066	38,418
Фидера районных потребителей	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Вокзал	ВВЭ10-31,5/630 УХЛ 3	10	630	2982,4	31,53	31,5	10	3464,101	32,919	15,066	38,418
Жилой поселок	ВВЭ10-31,5/630 УХЛ 3	10	630	2982,4	31,53	31,5	10	69,53	32,919	15,066	38,418

1.7 Выбор и проверка разъединителей

Выбираем высоковольтный разъединитель типа РГ-220/1000УХЛ1,

установленный в первичной обмотке высшего напряжения силового

трансформатора

-по напряжению установки:

,

220кВ=220кВ.

-по номинальному току:

,

,

Проверку высоковольтного разъединителя типа РГ-220/1000УХЛ1,

установленного в первичной обмотке высшего напряжения силового

трансформатора осуществляем в следующей последовательности:

-на электродинамическую стойкость:

,

,

-на термическую стойкость:

; (1.39)

,

Согласно проверке выбранный разъединитель типа РГ-220/1000УХЛ1, является электродинамически и термически стойким. Данные расчёта этого разъединителя сведены в таблице 1.4.

Аналогично выбираем и проверяем разъединители, установленные в ОРУ-220кВ, ОРУ-35кВ, которые согласно проверке являются термически и динамически стойкими (результаты сведены в таблице 1.4).

Таблица 1.4 - Разъединители

Место установки	Тип	Паспортные значения	Расчетные значения
		, В	,В	, А	, А	I2тtт,кА2·с	Iпр.с,кА	Bк,кА2·с	Iк,кА	iу,кА
Рабочая перемычка	РГ-220/1000УХЛ1	220	220	1250	346,41	1875	65	6,24	2,856	7,283
Обмотка высшего напряжения	РГ-220/1000УХЛ1	220	220	1250	136,41	1875	65	6,24	2,856	7,283
Обмотка среднего напряжения	РДЗ-35. IV/2000УХЛ1	35	27,5	1600	1091,72	1200	45	19,498	8,923	22,759
Первичная обмотка ТСН	РГ-35/1000УХЛ1	35	27,5	1600	10,92	1200	45	19,498	8,923	22,759
Фидер ДПР	РГ-35/1000УХЛ1	35	27,5	1600	11,02	1200	45	19,498	8,923	22,759
Фидер контактной сети1	РГ-35/1000УХЛ1	35	27,5	1200	600	1200	31,5	19,498	8,923	22,759
Фидер контактной сети2	РГ-35/1000УХЛ1	35	27,5	1200	650	1200	31,5	19,498	8,923	22,759
Фидер контактной сети3	РГ-35/1000УХЛ1	35	27,5	1200	700	1200	31,5	19,498	8,923	22,759
Фидер контактной сети4	РГ-35/1000УХЛ1	35	27,5	1200	800	1200	31,5	19,498	8,923	22,759

1.8 Выбор и проверка измерительных трансформаторов тока

Выбираем измерительный трансформатор тока типа TG-245, установленный в первичной обмотке высшего напряжения

силового трансформатора:

-по номинальному напряжению:

U_1ном.тт ?U_раб; (1.40)

,

-по номинальному току:

I_1ном.ттI_{раб.макс}; (1.41)

,

Проверяем выбранный трансформатор типа TG-245

-на термическую стойкость:

(1.42)

где - ток термической стойкости, кА

,

- на электродинамическую стойкость:

(1.43)

где - ток электродинамической стойкости, кА

,

Данный трансформатор тока типа TG-245 является термически и электродинамически стойким.

Аналогично выбираем трансформаторы тока для распределительных устройств 220, 27,5 и 10 кВ. Результаты сведены в таблице1.5.

Данные трансформаторы тока являются термически и электродинамически стойкими.

Таблица 1. 5- Электрические характеристики трансформаторов тока

Место установки	Тип трансформатора тока	Паспортные значения	Расчетные значения
		, В	,В	, А	, А	,кА	,кА	Bк,кА2·с	iу,кА
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Рабочая перемычка	TG245	220	220	1250	346,41	992,25	80	6,24	7,283
Обмотка высшего напряжения	TG245	220	220	1250	346,41	992,25	80	6,24	7,283
Обмотка среднего напряжения	ТФЗМ-35А	35	27,5	1600	1091,72	1536,64	80	19,498	22,759
Первичная обмотка ТСН	ТТГ-35	35	27,5	1600	11,02	499,5	57	19,498	22,759
Фидер ДПР	ТТГ-35	35	27,5	1600	119,89	499,5	57	19,498	22,759
Фидер контактной сети1	ТТГ-35	35	27,5	1200	600	499,5	57	19,498	22,759
Фидер контактной сети2	ТТГ-35	35	27,5	1200	650	499,5	57	19,498	22,759
Фидер контактной сети3	ТТГ-35	35	27,5	1200	700	499,5	57	19,498	22,759
Фидер контактной сети4	ТТГ-35	35	27,5	1200	800	499,5	57	19,498	22,759
Обмотка низкого напряжения	ТПШЛ-10	10	27,5	4000	3002,22	6084	80	32,919	38,418
Сборные шины 10 Кв	ТПОЛ-10	10	10	630	338,86	499,5	50	32,919	38,418
Фидера районных потребителей	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Вокзал	ТПОЛ-10	10	10	630	3464,101	499,5	50	32,919	38,418
Жилой поселок	ТПОЛ-10	10	10	630	69,53	499,5	50	32,919	38,418

1.9 Выбор и проверка измерительных трансформаторов напряжения

Выбираем трансформатор напряжения типа НКФ-220:

- по номинальному напряжению:

,

,

Расчетная активная мощность приборов подключаемых к трансформатору напряжения:

(1.45)

,

,

,

.

Расчетная реактивная мощность приборов подключаемых к трансформатору напряжения:

(1.46)

,

,

,

.

Расчетная мощность прибора:

(1.47)

,

Проверяем трансформатор напряжения НКФ-220 на соответствие классу точности: электрический трансформатор ток

,

,

Трансформатор напряжения типа НКФ-220 соответствует своему классу точности.

Приборы подключаемые к трансформатору напряжения типа НКФ-220 приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6 - Приборы подключенные к трансформатору напряжения 220кВ

Исходные параметры	Расчетные значения
Прибор	Тип	Класс точности	Sприб, В•А	cosц	Количество	sinц	Рприб, Вт	Qприб, вар
Вольтметр	Э 377	1 (3)	1,6	1	1	0	1,6	0
Счетчик активной энергии	ЦЭ-6805	1,0	6	1	3	0	18	0
Счетчик реактивной энергии	ЦЭ-6811	1,0	4	1	3	0	12	0
Реле напряжения	РН-60	1,0	4	1	3	0	12	0
ИТОГО:	43,6	0

Аналогично выбираем и проверяем трансформаторы напряжения ЗНОЛ-35,3ЧЗНОЛ.06-10.Соответственно ОРУ-27,5кВ, ЗРУ-10кВ(таблица 1.7, 1.8).

Таблица 1.7- Приборы подключенные к трансформатору напряжения 35кВ

Исходные параметры	Расчетные значения
Прибор	Тип	Класс точности	Sприб, В•А	cosц	Количество	sinц	Рприб, Вт	Qприб, вар
Вольтметр	Э 377	1 (3)	1,6	1	1	0	1,6	0
Счетчик активной энергии	ЦЭ-6805	1,0	6	1	6	0	36	0
Счетчик реактивной энергии	ЦЭ-6811	1,0	4	1	6	0	24	0
Реле напряжения	РН-60	1,0	4	1	3	0	12	0
ИТОГО:	73,6	0

Таблица 1.8 - Приборы подключенные к трансформатору напряжения 10 кВ

Исходные параметры	Расчетные значения
Прибор	Тип	Класс точности	Sприб, В•А	cosц	Количество	sinц	Рприб, Вт	Qприб, вар
Вольтметр	Э 377	1 (3)	1,6	1	1	0	1,6	0
Счетчик активной энергии	ЦЭ-6805	1,0	6	1	4	0	24	0
Счетчик реактивной энергии	ЦЭ-6811	1,0	4	1	4	0	16	0
Реле напряжения	РН-60	1,0	4	1	3	0	12	0
ИТОГО:	53,6	0



2. Технологический раздел

Назначение трансформатора. 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 э. п. с. 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 э. п. с), 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.

Рис. 2.1. Схема включения однофазного трансформатора форматоры бывают однофазные и трехфазные, двух- и многообмоточные.

Конструкция трансформаторов

Конструкция магнитопровода. Магнитопровод является конструктивной 50 Гц толщина листов стали принимается равной 0,35 - 0,5 мм. Изоляция листов осуществляется чаще всего лаковой пленкой, которая наносится с двух сторон каждого листа.

В магнитопроводе различают стержни и ярма. Стержень - это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, а ярмо - часть, не несущая обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи (рис. 2.1).

В зависимости от взаимного расположения стержней, ярм и обмоток магнитопроводы делятся на стержневые иброневые. В стержневых магнитопроводах ярма прилегают к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей. В броневых магнитопроводах ярма охватывают не только торцевые, но и боковые поверхности обмоток, как бы закрывая их броней.

Магнитопроводы однофазных трансформаторов показаны на рис. 2.2 и 2.3. В броневом магнитопроводе (рис. 2.2) имеются один стержень и два ярма, охватывающие обмотки.

Рис. 2.2, 2.3

По каждому ярму замыкается половина магнитного потока стержня, поэтому площадь поперечного сечения каждого ярма в 2 раза меньше площади сечения стержня. В стержневом магнитопроводе (рис. 2.3) имеются два стержня, на каждом из которых располагается по половине обмоток1и2. Половины каждой из обмоток соединяются между собой последовательно или параллельно. При таком расположении обмоток уменьшаются магнитные потоки рассеяния и улучшаются характеристики трансформатора. В трехфазных цепях могут применяться три однофазных трансформатора, обмотки которых соединяются по трехфазной схеме (рис. 2.4). Такой трансформатор называется трехфазной группой однофазных трансформаторов.

Рис. 2.4

Однако чаще применяются трехфазные трансформаторы с общей магнитной системой для всех фаз. Броневая конструкция магнитопровода трехфазного трансформатора показана на рис. 2.5. Ее можно рассматривать как три броневых магнитопровода для однофазных трансформаторов, поставленных друг на друга.

Трехфазные трансформаторы часто имеют три стержня и два ярма (рис.). Возможность применения такого магнитопровода для трансформации в трехфазных цепях видна из рис. 2.7.

Рис. 2.5, 2.6

Если расположить три однофазных трансформатора, как показано на рис. 2.7, а, то три стержня 1 - 3 можно конструктивно объединить в один. Но так как в симметричной трехфазной системе геометрическая сумма магнитных потоков трех фаз равна нулю, т. е. Ф_A+Ф_B+Ф_C=0, то этот стержень можно удалить и получить конструктивную схему 2.7, б. Если уменьшить длину ярм магнитопровода фазы В, то получим магнитопровод со стержнями, расположенными в одной плоскости (рис. 2.7, а). По сравнению со схемой на рис. 2.7, б магнитопровод, показанный на рис. 2.7, в, имеет некоторую магнитную несимметрию, так как магнитопровод в этом случае представляет собой магнитную цепь, имеющую два узла и три ветви, из которых средняя короче крайних. Как показывает практика, существенного значения такая не симметрия не имеет.

Рис. 2.7

На каждом стержне трехфазного стержневого магнитопровода располагаются обе обмотки одной фазы.

Рис. 2.8

В стержневых магнитопроводах магнитный поток ярма равен магнитному потоку стержня и площадь поперечного сечения стали в ярме должна быть равна или несколько больше (для уменьшения магнитных потерь) площади сечения стали в стержне. Наибольшее распространение получили магнитопроводы стержневого типа (рис. 2.6). Иногда в трансформаторах большой мощности для уменьшения их габаритов по высоте до размеров, при которых возможна перевозка трансформаторов в собранном виде по железной дороге, применяют бронестержневые магнитопроводы (рис. 2.8 и 2.9).

Рис. 2.9

Снижение высоты у этих трансформаторов происходит за счет ярм, которые по сравнению с ярмами стержневых магнитопроводов имеют высоту в 2 раза меньшую для однофазных трансформаторов и в v3раза меньшую для трехфазных. На рис. 2.8 и 2.9 для сопоставления показаны высоты стержневого h_С и бронестержневого h_БСмагнитопроводов. На этих рисунках обмотки показаны условно (без подразделения на обмотки НН и ВН).

По способу сочленения стержней с ярмами различают трансформаторы со стыковыми (рис. 2.10) и шихтованными в переплет (рис. 11) магнитопроводами.

Рис. 2.10

В первом случае стержни и ярма выполняются и скрепляются раздельно и при сборке магнитопровода стержни с размещенными на них обмотками устанавливаются встык с ярмами и стягиваются специальными конструкциями.

Рис. 2.11

В местах стыка во избежание замыкания листов (рис. 2.12) и возникновения больших вихревых токов, вызывающих увеличение потерь и чрезмерное повышение температуры стали, устанавливаются изоляционные прокладки.

Рис. 2.12

Сборка магнитопровода в переплет ведется путем чередования слоя листов, разложенных по положению 1 (рис. 2.11, а, б), со слоем листов, разложенных по положению 2. В результате такой сборки после стяжки ярм прессующими балками и стержней бандажами из стеклоленты получается остов трансформатора, не требующий каких-либо добавочных креплений (рис. 2.13). Остовом трансформатора называется магнитопровод вместе со всеми конструкциями и деталями, служащими для скрепления его отдельных частей. Листы, из которых собирается шихтованный магнитопровод, имеют прямоугольную форму (рис. 2.11), если они штампуются из горячекатаной электротехнической стали.

В настоящее время магнитопроводы трансформаторов изготовляются из холоднокатаной электротехнической стали, так как она обладает низкими удельными потерями и повышенной магнитной проницаемостью.

Рис. 2.13, 2.14

При применении этой стали оказалось возможным повысить магнитную индукцию в стержне масляного трансформатора до 1,6- 1,7 Тл (вместо 1,4-1,5 Тл у горячекатаной), что дало уменьшение его поперечного сечения и, следовательно, сокращение массы металла - стали и обмоток трансформатора.

Кроме того, при этом уменьшаются потери в стали и намагничивающий ток трансформатора. Однако вследствие резко выраженной анизотропии магнитных свойств холоднокатаной стали улучшение ее характеристик наблюдается только при совпадении силовых линий магнитной индукции с направлением проката. При их несовпадении происходит резкое ухудшение характеристик. Поэтому при сборке магнитопровода из этой стали листы штампуются и укладываются так, чтобы магнитный поток проходил в них по направлению проката. Если листы имеют прямоугольную форму (как на рис. 2.11), то в местах, где линии магнитного поля поворачиваются на 90° (заштрихованный участок на рис. 2.14), наблюдается увеличение потерь и падения магнитного напряжения, что приводит к некоторому ухудшению характеристик трансформатора. Во избежание этого при сборке магнитопровода из холоднокатаной стали применяют косые стыки, как показано на рис. 2.15. Там же показана форма пластин, из которых собирается магнитопровод.

Рис. 2.15

После сборки шихтованного в переплет магнитопровода листы верхнего ярма вынимаются на стержнях размещаются обмотки, а затем ярмо снова зашихтовывается.

Наиболее широкое распространение в трансформаторостроении получили магнитопроводы, шихтованные в переплет. Стыковая конструкция применяется значительно реже, так как наличие немагнитных зазоров в местах стыков увеличивает магнитное сопротивление на пути магнитного потока. Это приводит к возрастанию намагничивающего тока трансформатора.

Стержни магнитопровода трансформаторов в поперечном сечении имеют форму ступенчатой фигуры или прямоугольника. Поперечные сечения стержневых и бронестержневых трансформаторов имеют форму ступенчатой фигуры, вписанной в окружность с диаметром D₀ (рис. 2.16). Число ступеней фигуры увеличивается с возрастанием мощности трансформатора. Увеличение числа ступеней приводит к более полному заполнению площади круга площадью ступенчатой фигуры, но одновременно сопровождается увеличением числа типов пластин, необходимых для сборки стержня. У мощных трансформаторов в магнитопроводе предусматриваются каналы для его охлаждения.

Рис. 2.16

При стержнях, имеющих поперечное сечение, приближающееся к кругу, обмотки имеют вид полых цилиндров. При такой конструктивной форме обмотки (по сравнению с прямоугольной) сокращается расход материалов на ее изготовление и увеличивается электрическая и механическая прочность. Прямоугольное сечение стержней применяется иногда в трансформаторах броневого типа и трансформаторах небольшой мощности.

Форма сечения ярма и его сочленение со стержнем выбираются с учетом обеспечения равномерного распределения магнитного потока в сечении магнитопровода. Неравномерность распределения магнитного потока между отдельными пакетами магнитопровода приводит к увеличению потерь в стали и возрастанию намагничивающего тока.

Равномерное распределение магнитного потока между пакетами можно получить, если обеспечить одинаковое число ступеней у ярма и у стержня. Для упрощения технологии изготовления ярм иногда число ступеней у них принимается меньшим, чем у стержней.

Конструкция обмоток. По способу расположения на стержне обмотки трансформатора делятся на концентрические (рис. 2.17) и чередующиеся (рис. 18). Концентрические обмотки выполняются каждая в виде цилиндра и располагаются на стержне концентрически относительно друг друга. Высота обеих обмоток, как правило, одинакова. В трансформаторах высокого напряжения ближе к стержню располагается обмотка НН, так как это позволяет уменьшить изоляционное расстояние между стержнем и этой обмоткой. В чередующихся обмотках катушки ВН и НН чередуются вдоль стержня по высоте. Эти обмотки имеют меньшее магнитное рассеяние.

Рис. 2.17, 2.18

Рис. 2.19

Однако при высоких напряжениях изоляция таких обмоток сложнее из-за большого количества промежутков между катушками ВН и НН.

В силовых трансформаторах нашли применение главным образом концентрические обмотки, которые по характеру намотки можно разделить на цилиндрические, винтовые и спиральные.

Рис. 2.20

Цилиндрической обмоткой называется обмотка, витки которой состоят из одного или нескольких параллельных проводников, причем витки наматываются вдоль стержня впритык друг к другу (рис. 2.19,а). При большом числе витков обмотку делят на две концентрические катушки, между которыми оставляют канал для охлаждения (рис. 2.19,6). Общий вид двухслойной цилиндрической обмотки, витки которой составлены из двух проводников, показан на рис. 2.20. Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки применяют главным образом в качестве обмоток НН при номинальных токах до 800 А.

Наряду с этими обмотками находят применение многослойные цилиндрические обмотки, у которых число слоев в радиальном направлении более двух. Такие обмотки изготовляют чаще всего из проводников круглого сечения (рис. 2.21) и используют главным образом для обмоток ВН при U_ном ? 35 кВ.

Винтовая обмотка состоит из витков, которые составлены из нескольких (от 4 до 20) параллельных проводников прямоугольного сечения, расположенных в радиальном направлении относительно друг друга. Намотку витков этой обмотки осуществляют, как и у цилиндрической обмотки, по винтовой линии, имеющей один или несколько ходов, но при этом между соседними по высоте витками оставляют канал для охлаждения (рис. 2.22).

Рис. 2.21

В отдельных случаях для экономии места по высоте радиальные охлаждающие каналы могут быть сделаны через один виток. Общий вид одноходовой винтовой обмотки дан на рис. 2.23.

Так как проводники, образующие виток, располагаются концентрически относительно друг друга, то их длина и, следовательно, активное сопротивление различны. Кроме того, они находятся не в одинаковых условиях по отношению к потоку рассеяния, замыкающемуся в пространстве, занимаемом обмотками, вследствие чего в них наводятся равные ЭДС.

Рис. 2.22, 2.23

По этим причинам ток по параллельным проводникам, образующим виток, распределяется неравномерно, что вызывает увеличение потерь. Во избежание этого в винтовых обмотках требуется перекладка (транспозиция) проводников витка. При перекладке стремятся, чтобы каждый проводник попеременно занимал все положения, возможные в пределах одного витка. Часто производится только частичная перекладка проводников (рис. 24). Перекладка осуществляется в нескольких местах по высоте стержня.

Винтовые обмотки имеют большую механическую прочность, чем цилиндрические, и применяются в качестве обмоток НН в мощных трансформаторах (при токах более 300 А).

Рис2.24

Спиральной катушечной обмоткой называется обмотка, составленная из ряда расположенных по высоте стержня и соединенных последовательно катушек, намотанных по плоской спирали, с радиальными охлаждающими каналами между всеми или частью катушек (рис. 2.25). Если виток состоит из одного проводника, то обмотка называется простой, а если он составлен из ряда параллельных проводников, - параллельной. В параллельных спиральных обмотках необходимо применять перекладку (транспозицию) проводников. Катушки спиральных обмоток наматываются из прямоугольного провода и могут иметь целое и дробное число витков.

Характерной особенностью спиральных обмоток является то, что ее катушки наматываются без разрыва провода; это достигается особым способом перекладки одной из катушек в каждой их паре. По этой причине они иногда называются непрерывными. Общий вид спиральной обмотки показан на рис. 2.26. Обмотки этого типа используются в качестве обмоток ВН и НН в широком диапазоне напряжений (до 220 кВ и выше).

Важным элементом конструкции обмоток является их изоляция. Различают главную и продольную изоляцию.

Главной изоляцией называется изоляция данной обмотки от остова, бака и соседних обмоток. Осуществляется она посредством комбинации изоляционных промежутков и барьеров в виде электроизоляционных цилиндров и шайб.

Продольная изоляция является изоляцией между различными точками данной обмотки, т. е. между витками, слоями и катушками.

Рис. 2.25, 2.26

Изоляция между витками обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода. Для междуслойной изоляции применяется кабельная бумага, укладываемая в несколько слоев. Межкатушечная изоляция обычно осуществляется радиальными каналами.

С увеличением напряжения обмотки ВН конструкция изоляции усложняется и сущест...