Трансформатор тока типа ТПЛ

Размещено на http://www.allbest.ru/

11

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра Электрические станции, сети и системы

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

на тему: Трансформатор тока типа ТПЛ

Специальность 5B0718 - Электроэнергетика

Выполнил Ертаев А.Е.

Группа БЭ-11-7

Руководитель доцент каф. ЭССиС Черемисинов Ю.Г.

Алматы 2013

Содержание:

Задание

1. Назначение, принцип действия и конструкция трансформатора тока ТПЛ

2. Электротехнические материалы, применяемые при изготовлении трансформаторов

2.1 Конструкционные материалы

2.2 Проводниковые материалы

2.3 Электроизоляционные материалы

Список литературы

Задание

В соответсвии с вариантом (по заданию преподавателя) дать описание назначения и принципа действия и привести конструкцию (можно рисунок из учебника) аппарата (2-3 страницы).

Описать свойства и привести некоторые количественные характеристики электротехнических материалов, применяемых для изготовления аппарата (5-7 страниц).

1. Назначение, принцип действия и конструкция трансформатора тока ТПЛ

Трансформатором называют статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную), имеющую в общем, случае другие характеристики, в частности, другое напряжение и другой ток.

Трансформатор тока ТПЛ предназначен для преобразования тока большой силы в ток малой силы. Получаемый на вторичной обмотке ток номиналом 5А, используется для измерения стандартными измерительными приборами. Так как ток, подаваемый на измерительные приборы, имеет небольшую величину, то приборы безопасны для обслуживания.

Помимо измерения, трансформатор ТПЛ используется для передачи измерительной информации на устройства защиты, управления, автоматики и сигнализации. Трансформатор ТПЛ обеспечивает подачу переменного тока заданной величины, необходимого для питания устройства релейной защиты.

Трансформатор ТПЛ выполняет функцию устройства, изолирующего реле от цепей высокого напряжения, что делает их безопасными для обслуживающего персонала.

Трансформатор ТПЛ устанавливается в комплектное распределительное устройство внутренней установки. Трансформатор ТПЛ может быть установлен также в комплектное распределительное устройство наружной установки.

Трансформаторы ТПЛ-10-М выполнены в виде опорной конструкции, трансформатор ТПЛ-20 и ТПЛ-30 имеют одновитковую проходную конструкцию.

Ток и напряжение на шинах распределительных устройств и в электрических цепях измеряют с помощью измерительных трансформаторов тока или трансформаторов напряжения, которые служат для понижения тока или напряжения первичных цепей электроустановок переменного тока, питания катушек измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики, присоединяемых к вторичным обмоткам измерительных трансформаторов.

При включении в цепь через измерительные трансформаторы применяют легкие и дешевые измерительные приборы, рассчитанные на малые ток (5 А) и напряжение (100 В), что обеспечивает безопасное их обслуживание.

Трансформаторы тока предназначены для измерения больших токов, когда невозможно включение приборов непосредственно на токи контролируемых цепей. Наличие трансформаторов тока позволяет устанавливать измерительные приборы на любом расстоянии от контролируемых цепей, а также концентрировать их в одном месте -- на щите или пульте управления.

Трансформатор тока состоит из замкнутого магнитопровода, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток -- первичной и вторичной. Первичную обмотку трансформатора тока включают последовательно в цепь, в которой нужно измерять ток, а к вторичной обмотке присоединяют токовые катушки измерительных и контрольных приборов, реле и др. Вторичную обмотку изолируют от первичной и заземляют для обеспечения безопасности обслуживаемого персонала. Число витков в первичной и вторичной обмотках должно быть таким, чтобы ток во вторичной обмотке при номинальном в первичной составлял 5 А.

Трансформаторы тока подразделяют на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Класс точности характеризует величину допустимых погрешностей трансформаторов (в процентах) при номинальных токах. Трансформаторы тока классов 0,5; 1; 3 используют преимущественно в промышленных установках, класса точности 0,2 -- только для лабораторных измерений. При включении приборов через измерительные трансформаторы возникает погрешность, которая обычно не превышает 0,5--1 % измеряемой величины.

Первичная обмотка состоит из одного или нескольких витков большого сечения, рассчитанного на номинальный ток. Выбор трансформатора тока зависит от его параметров -- номинального напряжения, рабочего тока, класса точности вторичной обмотки и данных по термической и динамической устойчивости при прохождении токов к. з.

Трансформаторы тока различают по конструкции: опорные, проходные, шинные, встроенные, разъемные, втулочные. Они бывают одно- и многовитковые, с одной вторичной обмоткой или несколькими. Различают также трансформаторы тока по характеру изоляции. При монтаже РУ напряжением 6--10 кВ применяют трансформаторы тока с литой и фарфоровой изоляцией, а при напряжении до 1000 В -- с литой, хлопчатобумажной и фарфоровой.

Буквы в условном обозначении трансформаторов тока означают следующее: Т -- трансформатор тока, П -- проходной, О -- одновитковый, М -- многовитковый, Л -- с литой изоляцией, Ф -- с фарфоровой изоляцией. Цифра после букв означает номинальное напряжение. Отсутствие в обозначении буквы П указывает на то, что трансформатор тока не проходной, а опорный. К основному обозначению трансформатора тока добавляется число, указывающее класс точности, или дополнительно дробь, указывающая класс точности и номинальный первичный ток (при наличии двух сердечников). Кроме того, в обозначение могут быть добавлены буквы, характеризующие исполнение трансформатора тока: У -- усиленное (по термической или динамической устойчивости), Д -- для дифференциальной защиты, 3 -- для защиты от замыканий на землю.

Трансформатор тока ТПЛ-10 (проходной с литой изоляцией), рассчитанный на номинальный ток до 400 А, применяют в КРУ внутренней установки. Он имеет один или два прямоугольных шихтованных сердечника 3 (рис. 1), на верхних стержнях которых расположены катушки вторичных обмоток 5 (одна или две). Первичную обмотку 7 изготовляют из изолированного провода для малых токов и из шинной меди для больших токов. Изоляция выполнена литой эпоксидной смолой (между обмотками и от заземленных деталей). Образующийся монолитный корпус 1 является и защитой обмоток от механических повреждений. На нижней части стержня магнитопровода закреплены два стальных угольника 8, которые служат основанием для трансформатора. Трансформатор тока ТПЛ имеет опорно- проходную конструкцию. В отличие от ТПЛ одновитковый трансформатор тока ТШЛ называется шинным, поскольку в качестве первичной обмотки используется токопроводящая шина.

Выводы Л1 и Л2 (линейные) первичной обмотки -- медные пластины с отверстиями для болтовых соединений, расположение которых в корпусе 1 зависит от типа трансформатора тока. Начало и конец вторичных (измерительных) обмоток И1 и И2 соединяют с внешними цепями специальными контактными пластинами 6 и винтами 4, расположенными на одной из сторон монолитного корпуса.

Рис.1; Трансформатор тока ТПЛ-10:

1 -- корпус, 2 -- болт заземления, 3 -- сердечник (магнитопровод), 4 -- винт, 5,7 -- вторичная и первичная обмотки, 6 -- контактные пластины, 8 -- угольник

2. Электротехнические материалы, применяемые при изготовлении трансформаторов

Для изготовления трансформаторов и электрических машин применяются следующие материалы: конструкционные, проводниковые и изоляционные.

Конструкционные материалы идут на изготовление тех частей и деталей машин и трансформаторов, которые служат главным образом для передачи и восприятия механических воздействий. В электрических машинах в основном применяются те же конструкционные материалы, что и в общем машиностроении: чугун (простой, ковкий), сталь (литая, кованая), цветные металлы и их сплавы, пластмассы.

Активные материалы служат в качестве магнитных и проводниковых (токопроводящих) для создания в трансформаторах или машинах необходимых условий, в которых протекают электромагнитные процессы.

Некоторые части электрических машин работают в сложных физических условиях, поэтому к ряду материалов предъявляются требования, относящиеся одновременно как к механическим, так и к магнитным и электрическим свойствам их.

Изоляционные материалы имеют своим назначением электрически изолировать токопроводящие части трансформаторов и машин от других их частей и друг от друга.

2.1 Конструкционные материалы

Для сердечников трансформаторов применяется специальная электротехническая листовая сталь с относительно большим содержанием кремния (до 4--5%) толщиной обычно 0,5 или 0,35 мм при частоте переменного тока 50 гц. При более высоких частотах тока, например при 300--400 гц и выше, толщина стали выбирается 0,20 и 0,10 мм. В этом случае значительно снижаются потери от вихревых токов, наведенных переменным магнитным полем, имеющим место в сердечнике трансформатора.

Для изготовления отдельных частей магнитной системы электрических машин применяются различные ферромагнитные материалы: листовая электротехническая сталь различных сортов, чугун, стальное литье, листовая (конструкционная) сталь, кованая сталь.

Те части машины, где имеет место переменное магнитное поле, собираются из изолированных один от другого листов электротехнической стали с содержанием кремния до 2--3% обычно толщиной 0,5 мм.

Потери мощности в листовой стали от гистерезиса и вихревых токов характеризуются удельными потерями, т. е. потерями в 1 кг стали при частоте 50 Гц и синусоидальном изменении индукции при амплитуде, равной 10 000 гс. Они составляют для листовой стали, применяемой для нормальных машин, при толщине 0,5 мм -- около 3 вт/кг; для листовой стали с содержанием кремния до 4--5%, применяемой для трансформаторов, при толщине 0,5 мм -- около 1,4-- 1,5 вт/кг, при толщине 0,35 мм -- около 1,3--1,2 вт/кг. Указанная листовая сталь называется горячекатаной (по способу изготовления). В последние годы она в ряде случаев вытесняется холоднокатаной листовой сталью, имеющей более высокие электромагнитные свойства (большее значение магнитной проницаемости м и меньшие удельные потери). Холоднокатаная сталь в настоящее время широко применяется для трансформаторов и крупных электрических машин. Чугун применяется для частей магнитной системы крайне редко из-за его плохих магнитных свойств.

Стальное литье и кованая сталь, так же как и конструкционная листовая сталь, применяются для тех частей магнитной системы машин, в которых имеет место постоянное магнитное поле

Сталь. Железо как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий высокой механической прочностью, более практичен и удобен в изготовлении конструкционных материалов.

Используемые в машиностроении стали делятся на конструкционные (углеродистые и легированные) и высоколегированные нержавеющие. Марка конструкционной углеродистой стали содержит двузначное число, обозначающее среднее содержание углерода в сотых долях процента. В обозначении марок конструкционной легированной стали (ГОСТ 4543) первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а буквы за цифрами обозначают: Р - бор, Ю - алюминий, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, Х - хром, Г - марганец, Н - никель, М - молибден, В - вольфрам. Цифры после буквы указывают примерное процентное содержание легирующего элемента в целых единицах процента; отсутствие цифр означает, что в стали содержится до 1,5% этого легирующего элемента. В конце наименования марки высококачественной стали ставится буква А. У особо высококачественной стали в конце обозначения марки стоит через три тире буква Ш. В марках нержавеющих высоколегированный сталей (ГОСТ 5632) химические элементы обозначаются следующими буквами: А - азот, В - вольфрам, Д - медь, М - молибден, Р - бор, Т - титан, Ю - алюминий, Х - хром, Б - ниобий, Г- марганец, Е - селен, Н - никель, С - кремний, Ф - ванадий, К - кобальт, Ц - цирконий. Цифры, стоящие в наименовании марки после букв, указывают, так же как и в наименовании марок конструкционных сталей, процентное содержание легирующего элемента.

Основные характеристики механических свойств сталей

E - модуль упругости - коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и относительным удлинением.

G - модуль сдвига (модуль касательной упругости) - коэффициент пропорциональности между касательным напряжением и относительным сдвигом.

Коэффициент Пуассона - абсолютное значение отношения поперечной деформации к продольной в упругой области.

Предел текучести (условный) - напряжение при котором остаточная деформация после снятия нагрузки составляет 0,2%.

Временное сопротивление (предел прочности) - прочность на разрыв.

Относительное удлинение - отношение абсолютного остаточного удлинения образца после разрыва к начальной расчётной длине.

Твёрдость (HB, HRC, HV).

Механические свойства некоторых сталей

E = 200...210 ГПа, G = 77...81 ГПа, коэффициент Пуассона 0,28...0,31.

Механические свойства некоторых сталей

2.2 Проводниковые материалы

К ним относится прежде всего медь -- сравнительно недорогой материал, имеющий малое удельное сопротивление.

Наряду с медью для проводников применяются также алюминий и иногда некоторые сплавы (латунь, фосфористая бронза). Медные и алюминиевые провода для обмоток трансформаторов и электрических машин изготовляются круглых и прямоугольных сечений с различными видами изоляции. Для изоляции применяются хлопчатобумажная пряжа, телефонная бумага, асбест, стеклопряжа, пластмассы, синтетические пленки, специальные эмалевые лаки.

Для машин небольшой и средней мощности (примерно до 300 квт) на напряжения до 700 в часто выбираются провода с эмалевой изоляцией. Применяемые при этом нагревостой-кие эмалевые лаки позволяют получить тонкое и вместе с тем достаточно надежное изоляционное покрытие проводов.

Важное значение для работы электрических машин имеют щетки. Они накладываются на вращающиеся кольца или коллектор, соединенные с обмоткой, помещенной на роторе. Таким образом, осуществляется скользящий контакт, посредством которого обмотка соединяется с внешней цепью.

Медь. Преимущества меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:

1) малое удельное сопротивление (из всех материалов только серебро имеет несколько меньшее удельное сопротивление, чем медь);

2) достаточно высокая механическая прочность;

3) удовлетворительная в большинстве случаев стойкость по отношению к коррозии (медь окисляется на воздухе даже в условиях высокой влажности значительно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах (см. рис. 3.1);

4) хорошая обрабатываемость (медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра);

5) относительная легкость пайки и сварки.

Стандартная медь, в процентах по отношению к удельной проводимости которой иногда выражают удельные проводимости металлов и сплавов, в отожженном состоянии при 20 °С имеет удельную проводимость 58 МСм/м, т. е. р = 0,017241 мкОм-м. Удельная проводимость медь -- параметр весьма чувствительный к наличию примесей (рис. 3.2). Нормированные свойства твердой и мягкой медной (а также для сравнения алюминиевой) проволоки даны в табл. 3.2. Удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности меди как функции температуры представлены на рис. 3.3.

Рисунок 2.1 Зависимости скорости окисления некоторых металлов от температуры окружающего воздуха

Рисунок 2.2 Зависимости удельной проводимости г меди от содержания примесей (в % по массе)

Таблица 2.1. Свойства медной и алюминиевой проволоки

Рисунок 2.3 Зависимости удельной теплоемкости с и коэффициента теплопроводности гТ меди от температуры

Твердую медь употребляют там, где надо обеспечить особо высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость истиранию (для контактных проводов, для шин распределительных устройств, для коллекторных пластин электрических машин и пр.). Мягкую медь в виде проволок круглого и прямоугольного сечения применяют главным образом в качестве токопроводящих жил кабелей и обмоточных проводов, где важна гибкость и пластичность (не должна пружинить при изгибе), а не прочность. Медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом. Поэтому она должна расходоваться весьма экономно. Отходы меди на электротехнических предприятиях необходимо тщательно собирать; важно не смешивать их с другими металлами, а также с менее чистой (не электротехнической) медью, чтобы можно было эти отходы переплавить и вновь использовать в качестве электротехнической меди. Медь как проводниковый материал все шире заменяется другими металлами, в особенности алюминием.

Алюминий. Алюминий является вторым по значению (после меди) проводниковым материалом. Это важнейший представитель так называемых легких металлов (т. е. металлов с плотностью менее 5 Мг/м3); плотность литого алюминия около 2,6, а прокатанного--2,7 Мг/м3. Таким образом, алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди. Температурный коэффициент расширения, удельная теплоемкость и теплота плавления алюминия больше, чем меди. Вследствие высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления для нагрева алюминия до температуры плавления и перевода в расплавленное состояние требуется большая затрата теплоты, чем для нагрева и расплавления такого же количества меди, хотя температура плавления алюминия ниже, чем меди.

Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами -- как механическими, так и электрическими. При одинаковых сечении и длине электрическое сопротивление алюминиевого провода больше, чем медного, в 0,028:0,0172 = 1,63 раза. Следовательно, чтобы получить алюминиевый провод такого же электрического сопротивления, как и медный, нужно взять его сечение в 1,63 раза большим, т. е. диаметр должен быть в раза больше диаметра медного провода. Отсюда понятно, что если ограничены габариты, то замена меди алюминием затруднена. Если же сравнить по массе два отрезка алюминиевого и медного проводов одной длины и одного и того же сопротивления, то окажется, что алюминиевый провод хотя и толще медного, но легче его приблизительно в два раза:

Поэтому для изготовления проводов одной и той же проводимости при данной длине алюминий выгоднее меди в том случае, если тонна алюминия дороже тонны меди не более чем в два раза. Весьма важно, что алюминий менее дефицитен, чем медь.

Для электротехнических целей используют алюминий, содержащий не более 0,5 % примесей, марки А1. Еще более чистый алюминий марки AB00 (не более 0,03 % примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов оксидных конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты AB0000 имеет содержание примесей, не превышающее 0,004 %. Разные примеси в различной степени снижают удельную проводимость у алюминия. Добавки Ni, Si, Zn или Fe при содержании их 0,5 % снижают г отожженного алюминия не более чем на 2--3 %. Более заметное действие оказывают примеси Cu, Ag и Mg, при том же массовом содержании снижающие г алюминия на 5--10 %. Очень сильно снижают г алюминия добавки Ti и Мn.

2.3 Электроизоляционные материалы

Изоляцию нужно считать одним из основных элементов трансформатора и электрической машины. Она в большой степени определяет их надежность в работе.

Нагревостойкость изоляционных материалов, примененных для изоляции обмоток, определяет допустимые температуры обмоток, а следовательно, и нагрузки активных материалов (плотность тока для проводников, индукция для стали). Большое значение имеют теплопроводность изоляции, а также ее влагостойкость и химическая стойкость.

Требуется также, чтобы изоляция обладала достаточной механической прочностью, так как в процессе изолировки обмоток, укладки их на сердечники трансформаторов или в машины, а также в условиях эксплуатации изоляция подвергается значительным механическим усилиям.

На первое место должна быть поставлена слюдяная изоляция. Она наилучшим образом удовлетворяет перечисленным выше требованиям. Исходным материалом здесь служит слюда. Из слюды, щипаной на мелкие пластинки, изготовляются миканиты, микаленты, микафолий. Миканиты представляют собой листы, состоящие из мелких пластинок слюды, склеенных между собой при помощи специальных лаков. Микалента состоит из одного слоя тонкой щипаной слюды, оклеенной с двух сторон бумагой. Микафолий состоит из одного--трех слоев щипаной слюды, наклеенной на бумагу; изготовляется в виде листов. Вместо бумаги применяется также стеклоткань. Микалента и микафолий являются относительно дорогими изоляционными материалами и применяются главным образом для машин на высокие напряжения (от 3000 в и выше).

Наиболее часто для изоляции применяются волокнистые материалы: бумаги, картоны, ленты, ткани и т. п. Их основные достоинства -- высокая механическая прочность и гибкость и сравнительно низкая стоимость. Однако непропитанные волокнистые материалы обладают гигроскопичностью, плохой теплопроводностью и невысокой электрической прочностью. Поэтому они применяются для изоляции электрических машин только в пропитанном виде, что значительно улучшает их свойства.

Для улучшения свойств изоляции электрических машин необходимо применение пропиточных и покровных лаков, а также компаундов -- специальных масс из битумов, высыхающих масел и канифоли.

Современные трансформаторы, как правило, делаются масляными. Их сердечник с обмотками помещается в баке, заполненном специальным трансформаторным маслом. Исходными продуктами для его получения являются масляные дистилляты нефти.

Изоляционные материалы, применяемые в электрических машинах, по нагревостойкости разделяются на несколько классов. Из них наиболее часто применяются материалы классов А и В.

Класс изоляции А: хлопок, шелк, бумага и другие подобные органические материалы, пропитанные либо погруженные в масло, а также состав, называемый эмалью и применяемый при изготовлении эмалированной проволоки.

Класс изоляции В: изделия из слюды, асбеста, стеклянного волокна, содержащие вяжущие вещества.

Кроме классов изоляции А и В, в последние годы для электрических машин применяются классы изоляции Е, F и Н. Из них класс Е занимает промежуточное положение между классами А и В. К классам изоляции F и Н относятся наиболее нагревостойкие изоляционные материалы

Список литературы

трансформатор ток электрический проволока

1. Л.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев, Электротехнические материалы. 2-е изд-Л.: Энергоатомиздат, 1985. -304с

2. Ю.В. Корицкий. Электротехнические материалы. 3-е изд.-М.:-Энергия, 1985.-319с.

3. Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин, Электрооборудование станций и подстанций. 3-е изд.-М.: Энергоатомиздат, 1987.-648с.

4. К.Х. Бекмагамбетова, Электротехническое материаловедение-Алматы:

«?ылым», 2000.- 256с.

5. Кацман М.М. Электрические машины. - М.: Высшая школа, 1990.-462с.

Размещено на Allbest.ru