Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Дипломный проект
• на тему «Анализ выбора оборудования тяговой подстанции переменного тока и ремонт трансформаторов напряжения»
• 
• Содержание
• Введение
• 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
• 2.1 Общие сведения трансформаторов напряжения
• 2.2 Назначение трансформаторов напряжения.
• 2.3 Классификация трансформаторов напряжения
• 2.4 Конструкция трансформаторов напряжения
• 2.5 Принцип действия трансформатора
• 3. Экономический раздел
• 3.1 Определение эксплуатационных расходов на содержание подстанции
• 4. Охрана труда и безопасность движения
• 4.1 Техника безопасности при работах в электроустановках
• Заключение
• Библиографический список
• Приложения


Введение

подстанция ток замыкание трансформатор

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.

Рисунок. 1.1 - Принципиальная схема



1.2 Расчет мощности подстанции

Максимальная активная мощность районного потребителя:

(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 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:

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:

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 1.2):

Рисунок 1.2 - Расчетная схема

Расчет относительных сопротивлений до заданных точек короткого замыкания выполняется по схеме замещения

Рисунок 1.3- 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 1.4 - Схема преобразования

Расчет параметров цепи короткого замыкания

Базисный ток рассчитывается по формуле:

Действующее значение тока короткого замыкания рассчитывается по

формуле:

Ударный ток рассчитывается по формуле:

1.5 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 , 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 5.4.

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:

Данные по проверке и выбору ВМТ-220Б-25/1250-УХЛ1 сведены в

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 1.5 - 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 1.6 - 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

1.6 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 1.7.

Аналогично выбираем и проверяем разъединители, установленные в ОРУ-220кВ, ОРУ-35кВ, которые согласно проверке являются термически и динамически стойкими .

Таблица 1.7 - 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

1.7 Выбор и проверка 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.

Таблица 1.7 - 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

1.8 Выбор и проверка 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:

Трансформатор напряжения типа НКФ-220 соответствует своему классу точности.

Приборы подключаемые к трансформатору напряжения типа НКФ-220 приведены в таблице 1.8.

Таблица 1.8 - Приборы подключенные к трансформатору напряжения 220кВ

Исходные параметры	Расчетные значения
Прибор	Тип	Класс точности	Sприб, В•А	cosц	Ко-личе-ство	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 1.9- Приборы подключенные к трансформатору напряжения 35кВ

Исходные параметры	Расчетные значения
Прибор	Тип	Класс точности	Sприб, В•А	cosц	Ко-личе-ство	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 1.10 - Приборы, подключенные к трансформатору напряжения 10 кВ

Исходные параметры	Расчетные значения
Прибор	Тип	Класс точности	Sприб, В•А	cosц	Ко-личе-ство	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

2.1 Общие сведения трансформаторов напряжения

Электроустановка

Для безопасного измерения напряжения, включения счетчиков, катушек напряжения реле и синхронизации при напряжении выше 1000, В применяются понижающие измерительные трансформаторы напряжения.

Они выполняются аналогично силовым трансформаторам. Номинальное вторичное напряжение трансформатора равно 100, В. Это позволяет независимо от величины номинального напряжения первичной цепи использовать стандартные измерительные приборы С применением реле защиты их обмотки изготавливаются на стандартное напряжение вторичной обмотки трансформаторов напряжения.

Первичную обмотку трансформатора напряжения подключают параллельно к сети. К вторичной обмотке присоединяют катушки напряжения реле и измерительных приборов. Для обеспечения безопасности обслуживания один конец вторичной обмотки обязательно заземляется.

Трансформаторы напряжения изолируют измерительные приборы и реле от цепей высокого напряжения и делают безопасным их обслуживание.

Рисунок 2.1 - Схема устройства однофазного трансформатора напряжения и векторная диаграмма



Основными параметрами измерительных трансформаторов напряжения являются:

номинальное напряжение трансформатора равно номинальному напряжению первичной обмотки. Номинальное напряжение первичной и вторичной обмоток указывается на щитке трансформатора;

номинальный коэффициент трансформации определяется отношением номинального первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению:

где W₁, W₂ - число витков первичной и вторичной обмоток.

Погрешность по напряжению выражается зависимостью:

где U₂ - напряжение, измеряемое на зажимах вторичной обмотки;

U₁ - напряжение первичной обмотки.

Когда , то погрешность равна нулю.

Угловая погрешность определяется в минутах между вектором первичного напряжения и повернутым на 180⁰ вектором вторичного напряжении

. Если вектор вторичного напряжения, повернутый на 180⁰, опережает вектор первичного напряжения, то погрешность по углу считается положительной. Погрешность трансформатора напряжения по напряжению в процентах при номинальных условиях численно равна классу точности

Отечественной промышленностью выпускаются трансформаторы напряжения, работающие в следующих классах точности: 0.2; 0.5; 1; 3;

- номинальная вторичная нагрузка:

,

где I_2Н - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора;

Z_2Н - номинальное сопротивление, на которое работает трансформатор;

- номинальная мощность - это наибольшая мощность (при номинальном коэффициенте мощности, равном 0.8), которая может быть снята с трансформатора при условии, что его погрешность не выйдет за пределы, определенные классом точности. Каждому классу точности соответствует определенная номинальная мощность трансформатора напряжения.

Причем один и тот же трансформатор напряжения может работать в различных классах точности в зависимости от величины его вторичной нагрузки.

Так, для трансформатора напряжения типа НОМ-10 (трансформатор напряжения однофазный с масляной изоляцией на первичное напряжение 10 кВ) установлены номинальные мощности:

в классе точности 0.5 - 50 ВА;

в классе точности 1 - 80 ВА;

в классе точности 3 - 200 ВА.

Если для этого трансформатора вторичная нагрузки S₂50ВА, то он работает с погрешностями, не превышающими значений, установленных для класса точности 0.5. Характеризуется трансформатор напряжения тем наивысшим классом точности, в котором он может работать.

Этот класс точности указывается в паспортной табличке или в каталоге. Трансформаторы напряжения класса 0.2 применяются только для точных лабораторных исследований.

Для включения щитовых электроизмерительных приборов применяются трансформаторы напряжения класса точности 3. Расчетные и контрольные счетчики должны подключаться к трансформаторам напряжения класса точности 0.5. Для каждого трансформатора напряжения установлена величина максимальной мощности.

2.2 Назначение трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для понижения высокого напряжения до значения, равного 100 В, необходимого для питания измерительных приборов, цепей автоматики, сигнализации и защитных устройств.

Для питания защитных устройств применяются трехобмоточные трансформаторы с дополнительной вторичной обмоткой.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя пределы измерения; обмотки реле, включаемых через ТН, также могут иметь стандартные исполнения.

Трансформатор напряжения изолирует измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чему обеспечивается безопасность их обслуживания.

ТН применяются в наружных или внутренних электроустановках переменного тока напряжением 0,38 - 110 кВ и номинальной частотой 50 Гц от их работы зависит точность электрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

ТН с двумя вторичными обмотками предназначается не только для питания измерительных приборов и реле, но и для работы в устройстве сигнализации замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью.

Трехобмоточные трансформаторы серии ЗНОМ, НОМ и НТМИ, НАМИ предназначены для сетей с изолированной нейтралью, серии НКФ - с заземленной нейтралью.

Типовое обозначение трансформаторов напряжения расшифровывается следующим образом:

НКФ - трансформатор напряжения каскадный в фарфоровой покрышке;

НОМ - трансформатор напряжения однофазный масляный;

ЗНОМ - трансформатор напряжения однофазный масляный с заземленным выводом первичной обмотки;

НТМИ - трансформатор напряжения трехфазный масляный с дополнительной вторичной обмоткой (для контроля изоляции сети);

НАМИ - трансформатор напряжения антирезонансный масляный с обмоткой для контроля изоляции;

НТМК - трансформатор напряжения трехфазный масляный с компенсирующей обмоткой для уменьшения угловой погрешности;

Цифровая часть в обозначении трансформаторов напряжения обозначает - класс напряжения.

2.3 Классификация трансформаторов напряжения

Классификация трансформаторов напряжения осуществляется по следующим отличительным признакам.

По назначению трансформаторы напряжения могут применяться с различными схемами соединения обмоток.

Из всех возможных способов соединения обмоток трансформатора наибольшее распространение получили следующие: «звезда-звезда-нуль» (понизительные потребительские трансформаторы), «звезда-треугольник» и «звезда-нуль-треугольник» (повысительные трансформаторы).

Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, соединенных по схеме открытого треугольника, а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду. Для измерения напряжения относительно земли могут применяться три однофазных трансформатора, соединенные по схеме «звезда-нуль-звезда-нуль», или трехфазный трехобмоточный трансформатор.

В этом случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяются реле защиты от замыкания на землю. Таким же образом в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.

Одним из существенных недостатков трехфазного потребительского трансформатора со схемой соединения «звезда-звезда-нуль» является перегрузка отдельных фаз при несимметричной нагрузке (как правило при преобладании бытовой и осветительной нагрузок). Поэтому наиболее эффективным способом борьбы с несимметрией является в этом случае использование трансформатора со схемой соединения «звезда-зигзаг-нуль».

Обмотка каждой фазы низшего напряжения состоит из двух половин, расположенных на разных сердечниках. Поэтому при несимметричной нагрузке на фазы магнитный поток распределяется в магнитопроводе более равномерно, чем при схеме «звезда». Кроме того, трансформатор с такой схемой соединения имеет минимально возможное сопротивление токам нулевой последовательности, возникающих в результате несимметричной нагрузки фаз. Вследствие этого уменьшается несимметрия напряжений, обусловленная несимметрией токов,и, тем самым улучшается качество электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ.

Кроме того по назначению же трансформаторы различают силовые (предназначенные для передачи и распределения электрической энергии) и специальные (сварочные, измерительные, печные, испытательные, инструментальные, автотрансформаторы и другие).

По числу фаз конструктивно различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные - на любые напряжения.

Для трансформирования трехфазного тока можно использовать группу, составленную из трех однофазных трансформаторов или один трехфазный трансформатор. Трехфазная группа однофазных трансформаторов имеет ряд существенных недостатков: громоздкость, большая масса, высокая стоимость. Поэтому такой способ трансформации променяют только при очень больших мощностях (свыше 10 МВ•А), когда конструкция трехфазного трансформатора получается излишне громоздкой.

Сердечник трехфазного трансформатора состоит из трех вертикальных стержней, которые по концам замкнуты стальными ярмами. На каждом из сердечников помещают первичную и вторичную обмотки одной из трех фаз.

По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими маслянами Обмотки сухих трансформаторов выполняются проводом ПЭЛ (провод эмалированный, лакированный). Изоляцией между обмотками служит электрокартон. В готовом виде обмотки пропитываются асфальтовым лаком. Такие трансформаторы выпускаются на напряжение не выше 6 кВ типов НОС-0,5; НОСК-6; НТС-0,5.

Буквы в названии обозначают: Н - трансформатор напряжения; О - однофазный; Т - трехфазный; С - сухой; К - комплектующий.

Трансформатор НОСК-6 предназначается только для комплектования высоковольтных распределительных устройств в шахтах; при установке он заливается битумной массой. Большей степенью надежности обладает трансформатор с литой изоляцией на основе компаунда из метакриловых смол и кварца. Трансформатор имеет Ш-образный магнитопровод, охватывающий обмотку снаружи. Обмотки залиты компаундом. Габаритные размеры таких трансформаторов намного меньше размеров масляных трансформаторов, что является его несомненным преимуществом.

В масляных трансформаторах обмотки и магнитопровод находятся в баке и залиты маслом, которое служит и для изоляции, и для охлаждения. Вследствие незначительного колебания уровня масла маслорасширители имеются только у трансформаторов ЗНОМ-35 и НКФ, у остальных масло не доливается до крышки на 20 - 30 мм.

По числу обмоток трансформаторы подразделяются на двухобмоточные и трехобмоточные.

По роду установки трансформаторы различают для внутренней и наружной установки.

2.4 Конструкция трансформаторов напряжения

Трехфазные трансформаторы обычно выполняют на магнитопроводе стержневого типа с тремя стержнями.

По способу соединения стержней с ярмами различают магнитопроводы стыковые и шихтованные.

В стыковых магнитопроводах стержни и ярма собирают раздельно, а затем соединяют посредством крепежных частей. Такая конструкция магнитопровода облегчает посадку обмоток на стержни, так как для этого достаточно снять только верхнее ярмо. Но при шихтовой сборке магнитопровода, когда листы собирают «внахлестку», воздушный зазор в месте стыка стержней и ярем может быть сделан минимальным, что значительно снизит магнитное сопротивление и соответственно уменьшит потери холостого хода. Кроме того, механическая прочность шихтованного магнитопровода намного выше, чем стыкового. Все это привело к тому, что шихтованные магнитопроводы получили в России основное применение. Листы магнитопровода стягивают посредством ярмовых балок, бандажей из стеклоленты и шпилек, изолированных от листов изоляционными шайбами и трубками.

Форма поперечного сечения стержней обычно многоступенчатая, причем число ступеней зависит от мощности трансформатора. Ступенчатое сечение стержней обеспечивает лучшее использование площади внутри обмотки, так как периметр ступенчатого стержня приближается к окружности. В трансформаторах большой мощности для улучшения теплоотдачи между пакетами стали магнитопровода устраивают вентиляционные каналы.

Обмотки трансформаторов выполняют из проводов круглого и прямоугольного сечения, которые, как указывалось выше, изолируются кабельной бумагой.

Наиболее распространены концентрические катушечные (непрерывные, винтовые) обмотки.

При этом обычно ближе к стержню располагают обмотку низкого напряжения (НН), так как она требует меньшей электрической изоляции от заземленного стержня, а затем обмотку высокого напряжения (ВН). Между обмотками делается вертикальный канал, в котором располагается изоляционный цилиндр из электрокартона, а также происходит циркуляция масла.

В комплект обмотки входят также отводы для присоединения к вводам, размещаемым на крышке трансформатора, ответвления для регулирования напряжения, емкостные кольца и электростатические экраны емкостной зашиты от перенапряжений.

Непрерывная обмотка состоит из катушек, соединенных между собой последовательно. Катушки наматываются прямоугольным проводом, располагаемым «плашмя».

Характерной особенностью непрерывной обмотки является выполнение так называемых перекладных катушек.

Между катушками размещаются прокладки из электрокартона, создающие горизонтальные каналы для охлаждения обмотки. Эти прокладки укрепляются на вертикальных рейках посредством специального выреза в виде «ласточкина хвоста».

Трехфазный силовой двухобмоточный трансформатор схематично можно представить следующим образом. Магнитопровод трехфазного трансформатора образует как бы два «окна», которые так и принято называть. Для упрощения обычно ограничиваются представлением расположения в окне только одной фазы, предполагая, что другая фаза в этом окне располагается симметрично, а в соседнем -- аналогично.

Силовой трансформатор может иметь несколько обмоток. Обычно речь идет о трехобмоточных трансформаторах, когда кроме обмоток НН и ВН появляется еще обмотка СН среднего напряжения. Эти обмотки считаются основными, и именно по их количеству определяется вид трансформатора: двухобмоточный или трехобмоточный. Кроме основных в трансформаторе могут быть регулировочные обмотки, с помощью которых обеспечивается регулирование напряжения под нагрузкой (схема РПН). В основных обмотках СН или ВН могут быть участки, посредством которых обеспечивается регулирование напряжения с отключением трансформатора. Это так называемая схема ПБВ -- переключение без возбуждения.

Кроме обмоток и магнитопровода, которые в совокупности образуют активную часть трансформатора, в его состав входят другие узлы и блоки: бак, система охлаждения, вводы и др.

2.5 Принцип действия трансформатора

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода 2 и двух расположенных на нем обмоток 1 и 3. Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны. К одной из обмоток подается электрическая энергия от источника переменного тока. Эту обмотку называют первичной. К другой обмотке, называемой вторичной, подключают потребители (непосредственно или через выпрямитель).

При подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i₁, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е₁ и е₂. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е₂ по ее цепи проходит ток .

Э. д. с, индуцированная в каждом витке первичной и вторичной обмоток трансформатора, согласно закону электромагнитной индукции зависит от магнитного потока, пронизывающего виток, и скорости его изменения.

Магнитный поток каждого трансформатора является определенной величиной, зависящей от напряжения и частоты изменения переменного тока в источнике, к которому подключен трансформатор. Постоянна также и скорость изменения магнитного потока, она определяется частотой изменения переменного тока.

Следовательно, в каждом витке первичной и вторичной обмоток индуцируется одинаковая э. д.с. В результате этого отношение действующих значений э. д. с. Е₁ и E₂, индуцированных в первичной и вторичной обмотках трансформатора, будет равно отношению чисел витко1 и 2 этих обмоток, т. е. E₁/E₂=1/2Отношение э. д. с. Е_вн обмотки высшего напряжения к э. д. с. E_нн обмотки низшего напряжения называется коэффициентом трансформации,n = Е_вн/ E_нн= Ѕ

Коэффициент трансформации всегда больше единицы. Если пренебречь падениями напряжения в первичной и вторичной обмотках трансформатора (в трансформаторах средней и большой мощности они не превышают обычно 2--5 % номинальных значений напряжений U₁ и U₂), то можно считать, что отношение напряжения U₁ первичной обмотки к напряжению U₂ вторичной обмотки приблизительно равно отношению чисел их витков, т. е. U₁/U₂

Таким образом, подбирая требуемое соотношение между числами витков первичной и вторичной обмоток, можно увеличивать или уменьшать напряжение на приемнике, подключенном к вторичной обмотке. Если необходимо на вторичной обмотке получить напряжение большее, чем подается на первичную, то применяют повышающие трансформаторы, у которых число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной.

В понижающих трансформаторах, наоборот, число витков вторичной обмотки меньше, чем в первичной.

Трансформатор не может осуществить преобразование напряжения постоянного тока. При подключении его первичной обмотки к сети постоянного тока в трансформаторе создается постоянный по величине и направлению магнитный поток, который не может индуцировать э. д. с. в первичной и вторичной обмотках. Поэтому не будет происходить передачи электрической энергии из первичной обмотки во вторичную.

Рисунок 2.2-Трансформатор напряжения 220кВ

При подключении первичной обмотки трансформатора к сети переменного тока через эту обмотку проходит некоторый ток, называемый током холостого хода. При включении нагрузки по вторичной обмотке трансформатора начинает проходить ток, при этом увеличивается и ток, проходящий по первичной обмотке. Чем больше нагрузка трансформатора, т. е. электрическая мощность и ток i₂, отдаваемые его вторичной обмоткой подключенным к ней приемникам, тем больше электрическая мощность и ток i₁, поступающие из сети в первичную обмотку.

Ввиду того что потери мощности в трансформаторе обычно малы, можно приближенно принять, что мощности в первичной и вторичной обмотках одинаковы. В этом случае можно считать, что токи в обмотках трансформатора приблизительно обратно пропорциональны напряжениям: I₁/I₂ U₂/U₁или что токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны числам витков первичной и вторичной обмоток. Это означает, что в повышающем трансформаторе ток во вторичной обмотке меньше, чем в первичной (во столько раз, во сколько напряжение U₂больше напряжения U₁), а в понижающем ток во вторичной обмотке больше, чем в первичной. Поэтому в трансформаторах обмотки...