Распределительная сеть. Типы трансформаторов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Содержание

1. Введение

2. Трансформаторные подстанции и распределительные пункты

3. Выключатель нагрузки ВН-16

4. Защита сетей с помощью плавких предохранителей

5. Предохранители высокого напряжения

6. Трансформатор

7. Устройство трансформаторов. Общие сведения

Литература

1. Введение

Развитие промышленности страны должно обеспечиваться опережающим развитием энергетики. Рост выработки электрической энергии, в свою очередь, требует рациональной организации передачи электрической энергии и ее распределения. Большая роль в распределении электрической энергии принадлежит городским электрическим сетям.

Увеличение потребности в электрической энергии вызывается не только ростом населения, но и качественными изменениями, происходящими на промышленных предприятиях и в быту городского населения. Вместе с тем неуклонное возрастание благосостояния населения, его материального и культурного уровня вызывает усиленное внедрение в быт многообразных электроприборов. В силу этого значительно повышаются требования к работникам городских электрических сетей, в обязанности которых входит обеспечение надежного и экономичного электроснабжения потребителей. Работа усложняется изменением технического оснащения самих городских сетей и повышенными требованиями потребителей к качеству получаемой электрической энергии.Персонал городских сетей обязан, умело, используя свои возможности, обеспечить исправное состояние сетевых сооружений и сетевого оборудования и способствовать созданию наивыгоднейших режимов работы сети.

2. Трансформаторные подстанции и распределительные пункты

Для передачи и распределения электрической энергии на территории города предусматривается соответствующая система электроснабжения. Она представляет собой совокупность трансформаторных подстанций (ТП) и электрических сетей различного напряжения. Схема системы электроснабжения, параметры ее отдельных элементов, количество трансформаций энергии при передаче и другие характеристики системы определяются величиной города.

Электрические линии напряжением 6 - 10 кВ и 0.4 кВ, находящиеся между сборными шинами 6 - 10 кВ городских подстанций и вводами напряжением 0.4 кВ в жилые дома и предприятия, образуют городскую распределительную сеть. Она предназначается для распределения электроэнергии между потребителями.

Распределительное устройство (РУ) 6 - 10 кВ понижающих подстанций называется центром питания. В состав питающей сети 6 - 10 кВ включаются питающие сети, распределительные пункты (РП) и прямые связи 6 - 10 кВ между ними. Питающей линией называется линия 6 - 10 кВ, питающая РП от центра питания и не имеющая распределения энергии по длине. Распределительным пунктом (РП) называется подстанция 6 - 10 кВ городской сети или промышленного предприятия, предназначенная для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без ее преобразования и трансформации.

Распределительная сеть представляет собой совокупность распределительных линий 6 - 10 кВ, трансформаторных подстанций (ТП) и распределительных линий 0,4 кВ с вводами к потребителям.

Распределительной линий называется линия, питающая ряд ТП от РП или центра питания, или вводы к электроустановкам потребителей.

Трансформаторной подстанцией (ТП) называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов, распределительных устройств напряжением до и выше 1000 В, устройств управления и вспомогательных сооружений.

По распределительной сети 6 - 10 кВ производится питание ТП, которые, в свою очередь, могут использоваться для питания распределительной сети напряжением 0,4 кВ общего пользования. Распределительная сеть 0,4 кВ предусматривается для питания жилых домов, магазинов и других потребителей города.

Схемы построения питающих и распределительных сетей определяются требованиями к надежности электроснабжения потребителей. Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), все электроприемники потребителей делятся на три категории. ПУЭ устанавливают условия питания не потребителей, а входящих в их состав отдельных электроприемников.

К первой категории относятся электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб и нарушение особо важных элементов городского хозяйства. К этой категории относятся совокупности электроприемников городских потребителей с общей нагрузкой более 10000 кВА. К надежности электроснабжения электроприемников первой категории предъявляются самые высокие требования. Они должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников, и перерыв их электроснабжения может быть допущен лишь на время автоматического ввода резервного питания.

Независимым источником питания называется источник питания данного объекта, на котором сохраняется напряжения при исчезновении его на других источниках.

Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с недоотпуском продукции, простоем рабочих и механизмов, нарушением нормальной деятельности значительного числа городских жителей. К этой группе относятся потребители с общей нагрузкой от 300 до 10000 кВА для кабельных сетей и от 1000 кВА и более для воздушных сетей. Для приемников второй категории допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом.

Все остальные электроприемники относятся к третьей категории. Для них допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента сети, но не свыше одних суток. В городских распределительных сетях применяют только закрытые, отдельно стоящие подстанции с оборудованием для внутренней установки. Согласно ПУЭ, распределительные устройства (РУ) напряжением до и выше 1000 В, а также силовые трансформаторы, как правило, должны размещаться в отдельных помещениях.

Распределительным устройством (РУ) называется электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные и соединительные шины и вспомогательные устройства. РУ состоит из камер, которых устанавливаются коммутационные аппараты и шины. Выключатели нагрузки, трансформаторы напряжения и другое оборудование 6 - 10 кВ устанавливается в огражденных камерах, которые отделяются друг от друга металлическими перегородками. Остальные проемы защищаются полностью или частично сетчатыми ограждениями, высотою не менее 1,7 м.

При выполнении РУ 6 - 10 кВ должны, выдержаны соответствующие расстояния между голыми токоведущими частями разных фаз, от голых токоведущих частей до заземленных конструкций и ограждений, а также между неогражденными токоведущими частями.

Для того чтобы избежать случайных прикосновений к голым токоведущим частям,последние ограждают сетками с отверстиями не более 25Ч25 мм или помещают в камеры.

При входе в камеры выключателей, трансформаторов и других аппаратов, непосредственно за дверью допускается установка барьеров высотой 1,2 м для осмотра камер при напряжении на токоведущих частях.

Во всех цепях РУ необходимо предусматривать разъединяющие устройства с видимым разрывом. Они обеспечивают возможность отсоединения всех аппаратов (выключателей, трансформаторов и т.д.) каждой цепи от сборных шин и других источников напряжения. Это требование диктуется правилами техники безопасности. Оно выполняется путем установки в цепях 6 - 10 кВ разъединителей, в цепях напряжением 0,4 кВ - рубильников.

Для обеспечения безопасной работы обслуживающего персонала в РУ и в других местах подстанции, где требуется закорачивание и заземление цепи, разъединители напряжением 6 - 10 кВ должны снабжаться стационарными заземляющими ножами, которые окрашиваются в черный цвет. Рукояти приводов заземляющих ножей окрашиваются в красный цвет. В случаях, когда стационарные заземляющие ножи не могут быть применены, на токоведущих и заземляющих шинах подготавливаются очищенные контактные поверхности для присоединения переносных заземляющих проводников.

Шины РУ и токопроводы выполняются алюминиевыми голыми проводами или шинами профильного сечения. Соединения проводников ошиновки выполняются неразъемными, с использованием сварки, прессовки и т.п.

Токоведущие и металлические части окрашиваются и защищаются от коррозии. Шины окрашиваются в следующие цвета: фаза А - желтый, фаза В - зеленыйи фаза С - красный. Нулевые шины окрашиваются в голубой цвет. При окраске руководствуется установленным расположением шин. Сборные при вертикальном расположении: верхняя шина - желтая (А), средняя - зеленая (В), нижняя - красная (С). При расположении шин горизонтально: шина, наиболее удаленная - желтая (А), средняя - зеленая (В) и ближайшая - красная (С). Ответвления от шин: левая шина - желтая (А), средняя - зеленая (В) и правая -красная (С), если смотреть на шины с коридора управления.

ТП городских распределительных сетей выполняются с камерами, в которых устанавливаются силовые трансформаторы. Эти камеры имеют выход непосредственно наружу. Расстояния от наиболее выступающих частей трансформатора, расположенных на высоте менее 1,9 м от пола, должны быть не менее: 1) до задней и боковых стен: 0,3 м - для трансформаторов мощностью до

400 кВА и 0,6 м - для трансформаторов большей мощности; 2) со стороны входа до полотна двери или выступающих частей стены: 0,6 м - для трансформаторов мощностью до 400 кВА и 0,8 м - для трансформаторов до 1000 кВА.

Вентиляция помещений трансформаторов должна быть выполнена таким образом, чтобы разность температур воздуха, выходящего из помещения и входящего в него, не превосходила 15 єС при нагрузке, соответствующей номинальной мощности трансформатора.

На наружных дверях РУ, ТП и РП наносятся надписи с наименованием или диспетчерским номером. На дверях и внутренних стенах камер закрытых РУ, лицевых комплектных камер РУ, лицевой и обратной стороне панелей щитов предусматриваются надписи о назначении присоединений. На дверях РУ, РП и ТП вывешиваются предупредительные плакаты.

Распределительные устройства 6 - 10 кВ выполняются из комплектных камер.

Комплектное распределительное устройство (КРУ) состоит из металлического шкафа, в котором размещаются необходимые аппараты, измерительные и защитные приборы и вспомогательные устройства со всеми внутренними электрическими соединениями главных и вторичных цепей.

Применение КРУ резко снижает объем и стоимость строительно-монтажных работ и значительно сокращает сроки их выполнения. КРУ способствуют улучшению качества электроустановок и повышают надежность их работы.

Все типы КРУ по размещению коммутационной аппаратуры можно различить на два вида:

а) стационарного типа, в которых аппаратура в ячейках устанавливается постоянно;

б) выкатного типа, в которых масляный выключатель с приводом размещен на выкатной тележке.Для комплектования РУ 6 - 10 кВ РП применяются камеры типа КСО (комплектные, стационарные, одностороннего обслуживания), которые имеют стационарные заземляющие ножи, повышающие безопасность проведения ремонтных работ.

Важнейшим элементом подстанции, с точки зрения безопасности, а также режима работы сетей, является заземляющее устройство, которое представляет собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлителем называется металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющими проводниками называются металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Для заземления электроустановок различных напряжений (0,4 и 6 - 10 кВ) применяется одно общее заземляющее устройство. Кроме искусственных заземлителей, необходимо использовать естественные, в частности металлические оболочки кабелей, арматуру железобетонных конструкций и т.п., которые имеют надежное соединение с землей.

В качестве искусственных заземлителей используются вертикально погруженные в землю стальные газопроводные трубы с толщиной стенок не менее 3,5 мм, или угловая сталь с толщиной полок не менее 4 мм. Для заземляющих проводников используется полосовая сталь сечением не менее 48 мм2, толщиной 4 мм, а также круглая полосовая сталь диаметром не менее 6 мм. Открыто проложенные заземляющие проводники, а также все конструкции, провода и полосы сети заземления окрашиваются в черный цвет. Соединения заземлителей с заземляющими проводниками выполняется сваркой.

Заземлению подлежат все части электроустановки, которые могут оказаться под напряжением: корпуса трансформаторов, каркасы распределительных щитов управления, приводы электрических аппаратов, корпуса светильников, металлические конструкции распределительных устройств, металлические оболочки силовых и контрольных кабелей, вторичные обмотки измерительных трансформаторов (тока и напряжения) и т.д.

3. Выключатель нагрузки ВН-16

Выключатели нагрузки являются основным коммутирующим аппаратом ТП. Имеются следующие типы выключателей: ВН-16, ВНП-16 (с предохранителем ПК) и ВНП-17 (с предохранителями, перегорание которых приводит к автоматическому отключению выключателя). Выключатели с заземляющими ножами обозначаются: ВНЗ-16, ВНПЗ-16 и ВНПЗ-17.

Важнейшими элементами выключателя являются узел отключающих пружин и дугогасящее устройство. Два комплекта отключающих пружин, расположенных на стержне сварной вилки, связанной с валом выключателя, находясь в сжатом состоянии, обеспечивают необходимую скорость движения подвижных контактов при отключении выключателя. На стержень надеты резиновые шайбы для смягчения удара при работе отключающих пружин. Дугогасящее устройство (рис.1 а, б) имеет пластмассовый разъемный корпус, внутри которого расположены два вкладыша из оргстекла. Подвижный дугогасительный контакт передвигается между вкладышами. Неподвижный дугогасительный контакт расположен в нижней части камеры. При отключении выключателя сначала размыкаются основные контакты, затем дугогасительные. Под действием возникающей дуги оргстекло разлагается и интенсивно выделяет газы, которые выдуваются из камеры и вместе с этим происходит гашение дуги.

Заземляющее устройство имеет вал с приваренными к нему заземляющими ножами. Оно может быть расположено сверху или снизу рамы выключателя и соответственно заземлять при необходимости неподвижные или подвижные контакты. Между валами выключателя и заземляющих ножей располагается механическая блокировка. Управляют ножами с помощью привода ПР-2, который устанавливается с противоположной стороны привода выключателя.

Выключатели ВН-16 не рассчитаны на отключение токов к. з. Допускается использование выключателей с перевернутыми пружинами для ручного отключения при уравнительных токах до 250 А и при разности напряжения 200--300 В в сети 6 кВ в зависимости от сечения кабеля.

Допускается следующее число операций ВН-16 без ревизии выключателя: при токах до 400 А - не более 90 отключений,при токах до 200 А - не более 185 отключений. Допустимое число отключений без смены дугогасящих вкладышей определяется степенью износа вкладышей. Остаточная толщина последних не должна быть менее 0,5--1 мм. При этом обгорание неподвижного и подвижного дугогасительных контактов не должно превышать 5 мм.

4. Защита сетей с помощью плавких предохранителей

При работе городской распределительной сети возникают повреждения различных ее элементов, что приводит к нарушению нормального режима электроснабжения потребителей.

Наиболее опасный вид повреждения - короткие замыкания (к. з.), возникающие из-за нарушения изоляции сети и оборудования. В месте к. з. появляется электрическая дуга. По элементам сети к месту к. з. протекают большие токи, которые могут вызвать недопустимый перегрев неповрежденного оборудования и даже его разрушение. Чтобы защитить неповрежденные элементы сети от разрушения при возникновении в сети к. з. или режима перегрузки, используются различные защитные устройства. Простейшим устройством для защиты элементов сети напряжением до 1000 В являются плавкие предохранители. Их используют для защиты отдельных элементов сетей выше 1000 В.

Основной элемент предохранителя - плавкая вставка. Когда электрический ток протекает по вставке, в ней выделяется тепло, которое ее разогревает. Количество выделяемого тепла пропорционально квадрату тока. При коротком замыкании в сети протекает ток значительно больше номинального тока вставки, поэтому она перегорает, цепь тока разрывается и поврежденный элемент отсоединяется от сети.

К конструкции предохранителей предъявляется ряд требований. В частности, перегорание плавкой вставки должно происходить раньше, чем защищаемому элементу установки начнет угрожать опасность повреждения из-за чрезмерного нагрева; разрыв цепи тока должен осуществляться ближайшим к месту повреждения предохранителем; разрыв цепи тока плавкой вставкой не должен стать очагом повреждения и быть опасным для обслуживающего персонала. Полное времяотключения цепи тока плавкой вставкой складывается из времени ее нагревания до температуры плавления, времени расплавления вставки и горения электрической дуги. Это время определяется конструктивными особенностями предохранителя.

Номинальный ток Iном плавкой вставки определяется условиями ее калибровки и маркируется на ней заводом-изготовителем. Согласно действующим требованиям, калибровка вставок производится по максимальному и минимальному испытательным токам. При максимальном испытательном токе, равном 1,6 Iном, вставка должна перегореть менее чем через 1 ч. При минимальном токе, равном 1,3 Iном, плавкая вставка не должна перегорать в течение 1 ч. Номинальным током предохранителя называется наибольший длительный ток, на который рассчитаны его токоведущие части. Номинальный ток плавкой вставки может не соответствовать номинальному тока предохранителя. Он всегда меньше или равен последнему.

Предохранители устанавливаются для защиты отдельного элемента или группы элементов сети. В результате при протекании тока оказываются включенными последовательно предохранители с плавкими вставками, имеющими различные номинальные токи. При возникновении в сети к. з. или перегрузки должны перегорать вставки, расположенные ближе к месту повреждения, с тем чтобы отключался только поврежденный элемент сети. Этим обеспечивается бесперебойность работы остальных элементов. Такое действие, когда перегорает плавкая вставка ближайшего к месту повреждения предохранителя, называется избирательным (селективным).

В режиме перегрузки может возникнуть длительное протекание через плавкую вставку тока несколько большего, чем номинальный, что приводит к нагреву вставки до 700 - 900 °С, в результате нагрева может произойти нарушение контактной системы, а у предохранителей закрытого типа - разрушение патрона, в котором находится плавкая вставка. Разрушение патрона представляет опасность для обслуживающего персонала. Для избежания этого в предохранителях используется явление так называемого металлургического эффекта.

С этой целью посредине плавкой вставки напаивается шарик из легкоплавкого металла, обычно из олова. При определенной температуре олово способно растворять в себе медь. Поэтому, когда вставка нагревается до температуры плавления олова, которая значительно ниже температуры плавления меди, происходит одновременно плавление олова и растворение в нем меди. Медная вставка в месте размещения шарика быстро перегорает при относительно малом нагреве предохранителя и его контактов. Для создания более надежных условий работы предохранителя и усиления металлургического эффекта в современных предохранителях плавкая вставка выполняется из нескольких тонких пластин или проволок малого диаметра. В результате полностью исключаются перегрев и разрушение предохранителя при перегорании плавкой вставки. При протекании токов короткого замыкания нагрев плавкой вставки происходит очень быстро и действие металлургического эффекта не проявляется. Практически разогрев и плавление вставки происходят без отдачи тепла контактам и патрону предохранителя.

В распределительных сетях 0,38 кВ основное применение находят закрытые предохранители типа ПН-2 (предохранители насыпные). Они предназначены для защиты элементов сетей от токов к. з. и недопустимых длительных токовых перегрузок. Предохранители имеют закрытый разборный патрон и выпускаются пяти габаритов на номинальные токи от 100 до 1000 А. Характеристики предохранителей ПН-2 указаны в табл. 2. Значение предельного отключаемого предохранителем тока (при напряжении до 500 В и cosц ? 0,2) есть эффективное значение протекающего в первый период по цепи тока при накоротко зашунтированном предохранителе. Предельные токи отключаются предохранителем надежно, без звуковых эффектов, без выброса пламени и дыма. Предохранители на 100 и 250 А при отключении тока 5000 А и выше работают как токоограничивающие. Последнее означает, что они отключают цепь в течение первой четверти периода, до того как ток короткого замыкания достигает своегоамплитудного значения.

Предохранитель состоит из патрона и двух контактных стоек с выводами для присоединения. Патрон смонтирован с использованием квадратной снаружи и круглой внутри фарфоровой трубки . Трубка с торцов закрыта крышками , к которым пиитами крепится плавкая вставка .

Внутренняя полость патрона заполнена кварцевым песком . Плавкая вставка является сменной частью патрона. Она штампуется из медной ленты и может состоять из одной или нескольких полосок, которые по длине имеют дна отверстия, создающие местное уменьшение сечения вставки. Металлургический эффект обеспечивается наплавленными в средней части вставки оловянными шариками. Конструкция плавкой вставки при относительно малых объеме и массе металла обеспечивает сравнительно низкую рабочую температуру вставки, необходимое быстродействие при больших кратностях протекающего через вставку тока и достаточную выдержку при относительно малых перегрузках.

Необходимый контакт ножей патрона с губками контактных стоек обеспечивается пружинящими стальными кольцами . Предохранители допускают многократную зарядку патрона после его срабатывания. Перезарядка осуществляется путем замены перегоревшей плавкой вставки и отработанного песка и обеспечивает полное восстановление работоспособности предохранителя.

5. Предохранители высокого напряжения

В распределительных сетях 6 - 10 кВ широко применяют плавкие предохранители типа ПК (предохранитель кварцевый). Они используются для защиты силовых трансформаторов, трансформаторов напряжения и линий, а также в различных автоматических устройствах.

Предохранители ПК служат для защиты силовых цепей и имеют отключающую способность свыше 200 МВА. Предохранители ПКТ используются только для защиты трансформаторов напряжения. Оба типа предохранителей предназначены для внутренней установки в непожароопасных, непыльных и не сырых помещениях, при отсутствии сильных вибраций здания.

При выпуске с завода предохранители маркируются по типу, напряжению и номинальному току. Например, марка ПК-10-75 означает предохранитель с кварцевым заполнением на номинальное напряжение 10 кВ и номинальный ток 75 А. Предохранители для защиты трансформаторов напряжения маркируют. Только по типу и напряжению. Например, марка ПКТ-10 означает предохранитель с кварцевым заполнением для защиты трансформатора напряжения 10 кВ.

Предохранители ПК можно применять только в сетях с номинальным напряжением, соответствующим номинальному напряжению предохранителя. Предохранители, маркированные на напряжение 6 кВ, нельзя использовать в сети напряжением 10 кВ и наоборот. Это обстоятельство определяется конструктивными особенностями плавких вставок, которые имеют различную длину в зависимости от номинального напряжения предохранителя. При использовании предохранителей 6 кВ в сети 10 кВ может наблюдаться отказ в гашении электрической дуги вследствие недостаточной длины плавкой вставки.

Шкала номинальных токов плавких вставок предохранителей типа ПК содержит токи 2 - 3 - 5 - 7 и 5 - 10 - 15 - 20 - 30 - 40 - 50 - 75 - 100 - 200 - 300 А. Наибольшие номинальные токи патронов предохранителей напряжением 10 кВ составляют 30 - 50 - 100 - 200 А.

Предохранитель с кварцевым заполнением состоит из двух опорных изоляторов, контактов, укрепленных на изоляторах, и патрона, вставляемого в контакты. Разрез патрона предохранителя ПК-6-10 кВ для номинальных токов выше 7,5 А дан на рис.4. Фарфоровый кожух заполнен чистым кварцевым песком. Внутри кожуха находится плавкая вставка, изготовленная из одной или нескольких медных посеребрённых проволок. Каждая проволока имеет ступени различных диаметров. Плавкие вставки дляпредохранителей ПК на токи до 7,5 А и предохранителей ПКТ наматываются на ребристый керамический сердечник; для ПК на токи выше 7,5 А вставки имеют вид спиралей, помещенных непосредственно в кожух. В месте скрутки проволок разных диаметров напаиваются шарики из олова для создания металлургического эффекта. Применение проволок различного диаметра по длине необходимо для снижения перенапряжений, возникающих на предохранителях при перегорании вставок.

Применение плавкой вставки из нескольких параллельных проволок, свободно размещенных в патроне, приводит к увеличению теплоотдачи, благодаря чему общее сечение вставки по сравнению с сечением одной вставки уменьшается. Кроме того, применение проволок с малым сечением уменьшает объем паров в электрической дуге, расщепляет ее на части и облегчает ее гашение. Отметим, что гашение дуги в предохранителях с кварцевым песком основано на интенсивной деионизации ее в узких щелях между песчинками наполнителя.

Герметизация патрона осуществляется двумя колпачками с крышками, устанавливаемыми по концам фарфорового кожуха. Крышки припаиваются к колпачкам, в результате чего патрон предохранителя допускает многократную перезарядку. Предохранители ПК имеют указатель срабатывания. На нижней крышке патрона закреплена металлическая втулка. Во втулку вставлена пружина, закрепленная у основания. На свободном конце пружины находится указатель. Стальная проволока посредством укрепленной на ней обоймы и крючка указателя держит пружину в сжатом состоянии. При перегорании вставки и стальной проволоки пружина освобождается и указатель, выходя из втулки, сигнализирует о срабатывании предохранителя.

Контакты предохранителя изготовляются из двух латунных губок, охваченных стальной пружинящей скобой и приклепанных к выводным пластинам. Имеются ограничители, облегчающие установку патрона в правильное положение и препятствующие выскальзыванию его из контактов. Контакты предохранителей на токи свыше 20 А снабжены замком в виде откидывающейся пружинящей скобы, предотвращающей выпадение патрона от действия электродинамических сил при прохождении токов к. з.

Наибольшее применение предохранители ПК получили для защиты силовых трансформаторов. Они предназначаются только для защиты от повреждений внутри трансформатора и от к. з. на стороне напряжения 6-- 10 кВ. Защита трансформатора от перегрузки осуществляется на стороне напряжения 0,38 кВ.

6. Трансформатор

Известно, что при протекании по линии тока часть электроэнергии расходуется на нагревание проводов. Электрическая энергия, теряемая в проводах, тем больше, чем больше ток и сопротивление проводов. Уменьшить потери только за счет снижения сопротивления проводов экономически невыгодно, так как при этом требуется значительное увеличение сечения проводов, т.е. большой расход цветных металлов.

Для снижения потерь электроэнергии и сокращения расхода цветных металлов идут по пути увеличения напряжения при помощи трансформаторов. Трансформаторы, изменяя величину напряжения, автоматически изменяют величину тока, поэтому передаваемая мощность остается неизменной, а потери в проводах линии пропорциональные квадрату силы тока (I2·R), при повышении напряжения резко сокращается. Например, при увеличении напряжения передаваемой энергии в 10 раз потери снижаются в 100 раз.

Для повышения напряжения любой электропередачи устанавливают повышающие трансформаторы, а чтобы напряжение снизить до величины, на которую строят теплоприемники, в конце линии устанавливают понижающие трансформаторы. В современной электроэнергетике большую роль играют силовые трансформаторы, т.е. трансформаторы, которые служат для повышения и понижения напряжения в сетях энергетических систем, передачи электроэнергии на большие расстояния и распределения ее между потребителями. Силовые трансформаторы отличаются большой мощностью и высоким напряжением. Электрическую энергию приходится передавать на большие расстояния - в объединенную энергосистему, в центры ее потребления и непосредственно кмногочисленным мелким потребителям, поэтому необходима многократная ее трансформация, а следовательно, установка значительного количества повышающих и понижающих силовых трансформаторов.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого по величине напряжения. В основу работы трансформатора положено явление электромагнитной индукции, заключающееся в том, что при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего проводящий контур, в последнем наводится электродвижущая сила.

Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия (напряжение) преобразуемого переменного тока, называется первичной обмоткой трансформатора. Обмотка трансформатора, от которой отводится энергия (напряжение) преобразованного переменного тока, называется вторичной обмоткой трансформатора.

Важным показателем трансформатора является коэффициент трансформацииk, равный отношению э.д.с. первичной обмотки к э.д.с. вторичной обмотки.

При холостом ходе допустимо считать, что э.д.с. обмоток равны по напряжению, т.е. Е1 = U1 и Е2 = U2. Поэтому если, например, первичная обмотка с числом витков w1 является обмоткой высшего напряжения, а вторичная с числом витков w2 - низшего, то,

Если k> 1, то трансформатор понижающий, если k< 1, то повышающий.

Т.о., зная коэффициент трансформации и напряжение на вторичной стороне трансформатора, легко определить напряжение на первичной стороне, и наоборот. Это относится и к числам витков.

По напряжению трансформаторы делят на классы. Обмотка трансформатора, имеющая больший класс напряжения, называется обмоткой высшего напряжения (обмоткой ВН). Обмотка трансформатора, имеющая меньший класс напряжения, называется обмоткойнизшего напряжения (обмоткой НН). Обмотка трансформатора, класс напряжения, которой является промежуточным между классом напряжения обмотки ВН и классом напряжения обмотки НН (у трехобмоточных трансформаторов), называется обмоткой среднего напряжения (обмоткой СН). Трансформатор, имеющий на стержне магнитопровода две гальванически не связанные обмотки, называется двухобмоточным, имеющий три гальванически не связанные обмотки - трехобмоточным. Мощные силовые трансформаторы часто выполняют трехобмоточными. Одна из этих обмоток является первичной, две другие - вторичными. Трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка низшего напряжения, называется повышающим.

Трансформатор, в магнитной системе которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным, в магнитной системе которого создается трехфазное магнитное поле - трехфазным. Для улучшения электрической изоляции токоведущих частей и условий охлаждения трансформатора обмотки вместе с магнитопроводом погружают в бак с трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют маслонаполненными или масляными. Трансформаторы, работающие на воздухе (не погруженные в масло), называют сухими.

Номинальными называются величины, на которые рассчитан трансформатор: мощность, высшее и низшее напряжения, токи, частота и др. Номинальная мощность трансформаторов выражается полной электрической мощностью в киловольтамперах (кВА). Номинальное первичное напряжение - это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора. Номинальное вторичное напряжение - это напряжение, получающееся на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Номинальные токи определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжениями. Номинальной частотой для трансформаторов 50 Гц.

7. Устройство трансформаторов. Общие сведения

Конструктивная форма трансформатора зависит от его назначения и области применения. Однако каждыйтрансформатор имеет одни и те же главные конструктивные элементы - магнитопровод и обмотки.

В зависимости от класса напряжения обмотки ВН и мощности силовые трансформаторы и автотрансформаторы условно делят на семь габаритов.

Трансформаторы, имеющие мощность или напряжение, не соответствующие стандартной шкале, относят к габариту и группе ближайшей стандартной мощности или напряжения.

Типы трансформаторов трансформатор подстанция распределительный

Каждому типу трансформаторов присваивают обозначение, которое состоит из букв и цифр. Буквы в обозначении типов маслонаполненных и сухих трансформаторов, обозначают:

О - однофазное исполнение;

Т - трехфазное исполнение;

Н - регулирование напряжение под нагрузкой;

А - автотрансформаторное соединение обмоток;

Р - с расщепленными обмотками;

Г - грозоупорное исполнение (в результате специальной емкостной защиты обмоток);

С - сухое исполнение;

М - масляное охлаждение с естественной циркуляцией масла внутри бака и воздуха снаружи;

Д - масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла;

ДЦ - масляное охлаждение с дутьем и с принудительной циркуляцией масла;

МВ - масляно-водяное охлаждение с естественной циркуляцией масла и воды;

Ц - масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла и воды.

Вторичное употребление буквы Т в обозначении типа трехфазного трансформатора или ее применение для обозначения однофазного показывает, что трансформатор трехобмоточный.

Цифры в числителе показывают мощность трансформатора вкВА, в знаменателе - класс напряжения обмотки ВН в кВ.

Например, ТМ-400/10 - трехфазный трансформатор, масляное охлаждение с естественной циркуляцией, мощность 400 кВА, класс напряжения 10 кВ; ТДТГ-20000/110 - трехфазный транс-

форматор, с дутьевым охлаждением, трехобмоточный, грозоупорное исполнение, мощность 20000 кВА, класс напряжении 110 кВ.

Согласно шкале мощностей трансформаторов и автотрансформаторов номинальные мощности в кВА трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов должны соответствовать ряду:

10 100 1000 10000 100000 1000000 | 125000- | 16160160016000160000- | 200000- | 25250250025000250000- | 32000320000- | 40400400040000400000- | 500000- | 63630630063000630000- | 80000800000- |

Основными частями трансформатора являются: магнитопровод, обмотки, переключатель, вводы, отводы, изоляция, бак, охладители, вспомогательное оборудование и аппаратура, защитные и контрольно-измерительные устройства.

Магнитопровод представляет собой магнитную систему трансформатора, собранную из пластин электротехнической стали. Он предназначен для концентрации основного магнитного потока, сцепленного с обмотками. Состоит из стержней, на которых расположены обмотки, и ярм, служащих для замыкания магнитной цепи. Пластины изолированы друг от друга пленкой жаростойкого покрытия или лака либо сочетанием жаростойкой или лаковой пленок. Различают броневые и стержневые магнитопроводы.

Обмотки, размещенные на стержнях трехстержневогомагнитопровода, называют фазными обмотками трансформатора. Их соединение в трехфазные схемы дает трехфазный трансформатор.

Обмотки масляных силовых трансформаторов I и II габаритов выполняют из алюминиевых обмоточных проводов АПБ, III - VII - из медных ПБ. Толщину изоляции обмоточных проводов принято указывать на обе стороны. Ее выбирают в зависимости от напряжения: для обмоток трансформаторов с напряжением до 35 кВ обычно берут нормальную толщину изоляции - 0,45 мм, для класса 110 кВ - 1,35 - 2 мм, для более высоких напряжений - ещебольше. Кроме проводов в устройство обмоток входят изоляционные детали и материалы. Обмотки отличаются друг от друга типом, количеством витков, поперечным сечением и маркой провода, направлением намотки, изоляционными расстояниями и толщиной витковой изоляции. Чем больше напряжение трансформатора, тем больше количество витков; с увеличением мощности возрастают сечения проводов и размеры обмоток. Обмотки НН и ВН располагают на стрежнях магнитопроводов концентрически: обмотку НН внутри, обмотку ВН снаружи (в специальных трансформаторах иногда наоборот). Между ними устанавливают изоляционные цилиндры.

Переключатель служит для изменения напряжения силовых трансформаторов, путем регулирования числа витков в обмотках, т.е. изменением коэффициента трансформации путем переключения регулировочных ответвлений обмоток. Переключающие устройства, предназначенные для переключения ответвлений обмотки одной фазы, называется однофазными. Если переключение ответвлений трехфазного трансформатора осуществляется одним переключателем, его называют трехфазным.

Для соединения концов обмоток между собой и с вводами, подключения регулировочных ответвлений к переключателям и других соединений внутри трансформатора применяют провода называемые отводами. Отводы, служащие для соединения обмоток с вводами, называют линейными или основными; соединяющие переключатель с обмотками - регулировочными. Отводы изготовляются из медных и алюминиевых проводников, которые бывают в виде шин, прутков и гибкого кабеля. Отводы диаметром до 5,2 мм для напряжений 6 - 35 кВ изолируют кабельной бумагой.

Для вывода концов обмоток из трансформатора наружу и подключения к сети служат вводы - фарфоровые проходные изоляторы, через внутреннюю полость которых проходит токоведущий стержень. Вводы устанавливают на крышке или, реже, на боковой стенке бака. Внутри трансформатора ввод соединяют с обмоткой, снаружи верхний конец ввода имеет зажим для присоединения к сети. Вводы изготовляют на напряжение: 0,5; 1; 3; 6 - 10;20; 35; 110; 220; 330; 500 и 750 кВ. При работе обмотки и другие токоведущие части трансформатора находятся под рабочим напряжением сети. В процессе эксплуатации они подвергаются также различного рода электрическим перенапряжениям. Поэтому все токоведущие части трансформатора должны быть надежно изолированы друг от друга и от заземленных деталей. Изоляцию маслонаполненных трансформаторов делят на внутреннюю и внешнюю. К внутренней, относят изоляцию, расположенную внутри бака (в масле), к внешней - изоляцию, находящуюся вне бака (в воздухе).

Различают следующие элементы внутренней изоляции: главную изоляцию обмоток; продольную изоляцию обмоток; изоляцию обмоток, переключающих устройств, отводов относительно бака и других заземленных частей. Главной изоляцией обмоток называют такую, которая изолирует обмотки друг от друга и от заземленных частей остова. Продольная изоляция обмотки включает в себя витковую изоляцию, изоляцию между катушками или дисками, между элементами емкостной защиты и между слоями обмотки. В витковую изоляцию входит толщина изоляции обмоточного провода. Изоляция между катушками обеспечивается масляным каналом, образованным изоляционными прокладками. Изоляция обмоток, переключающих устройств и отводов относительно бака и других заземленных частей состоит из твердой изоляции и масляных промежутков. При номинальных напряжениях 6 - 10 кВ промежуток от обмотки до стенки бака по маслу должен быть не менее 25 мм, от отвода до стенки бака при толщине изоляции на отводе 2 мм на сторону изоляционный промежуток должен быть не менее 10 мм.

К внешней изоляции трансформатора относится изоляция вне бака трансформатора. Она включает промежутки между токоведущими частями вводов и расстояние от вводов до заземленных частей бака и его устройств. Изоляционные промежутки выбирают по нормам изоляционных расстояний в воздухе. При напряжении 10 кВ минимальное расстояние между вводами 110 мм. Примерно то же расстояние принимают между вводами и заземленными частями(предохранительной трубой, расширителем и др.). На практике эти промежутки увеличивают на 10 -15 мм, учитывая возможные отклонения размеров при сборке.

Бак - это резервуар овальной или прямоугольной формы, изготовленный из стальных листов и предназначенный для установки активной части. В верхней части бак трансформатора имеет раму с отверстиями для крепления крышки. Крышка закрывает бак и служит основанием для установки расширителя, вводов, привода переключателя, рымов и других устройств. Для передвижения трансформаторов баки снабжены транспортными тележками или каретками с катками.

С изменением электрической нагрузки и температуры окружающего воздуха изменяется температура масла в трансформаторе. При одной и той же нагрузке летом температура масла выше, зимой - ниже. Колебания температуры вызывают изменение объема масла в баке.

Чтобы бак трансформатора всегда был заполнен маслом, на трансформаторах класса напряжения 6 кВ и выше, мощностью 25 кВА и более устанавливают расширитель. Расширитель - это металлический сосуд, обычно цилиндрической формы, сообщающийся с баком трансформатора. Емкость расширителя должна быть такой, чтобы при всех режимах работы трансформатора от отключенного до номинальной нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха от -45 до +40 єС в нем было масло. Емкость расширителя должна составлять 8 - 10 % объема масла, находящегося в баке трансформатора. На одной из торцевых стенок расширителя установлен маслоуказатель и нанесены краской три горизонтальные черты с контрольными цифрами -45, +15 и +40 єС. Это означает, что в неработающем трансформаторе уровни масла, отмеченные черточками, должны соответствовать указанным температурам окружающего воздуха.

Литература

1. Волчков К.К., Козлов В.А. «Эксплуатация сооружений городской электрической сети». Л.,

«Энергия», 1979.

2. Худяков З.И. «Ремонт трансформаторов». М., «Высшая школа», 1977.

Размещено на Allbest.ru