Силовые трансформаторы: устройство и принцип действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Силовые трансформаторы: устройство и принцип действия

1. Устройство

Транспортировка электрической энергии на большие расстояния неизбежно приводит к определенным потерям. Для того чтобы снизить потери, в системе передачи применяется свойство трансформации. С этой целью электрический ток проходит через трансформаторную подстанцию, с помощью которой осуществляется повышение амплитуды напряжения, подаваемого в ЛЭП для дальнейшей транспортировки.

Конечная точка ЛЭП подключается к вводу удаленной подстанции. Здесь выполняется снижение напряжения, после чего электричество распределяется среди потребителей. На обеих подстанциях установлены силовые трансформаторы, устройство и принцип действия которых позволяет преобразовывать электроэнергию большой мощности. Они отличаются особенностями устройства и техническими характеристиками.

Металлический корпус предназначен для размещения внутри него электрического оборудования трансформатора. Он представляет собой герметичный бак с крышкой, заполненный трансформаторным маслом. Такой сорт масла имеет высокие диэлектрические качества, с его помощью отводится тепло от деталей, подверженных значительным токовым нагрузкам.

Вот основные элементы, из которых состоит силовой трансформатор:

1. Первичная обмотка (W1)

2. Вторичная обмотка (W2)

3. Стержень магнитоотвода

4. Ярмо магнитоотвода

2. Принцип действия и режимы работы

Силовые трансформаторы действуют по такому же принципу, как и обычные трансформаторные устройства. Во входную обмотку поступает электрический ток, колебания которого изменяются по времени. Это приводит к наведению в магнитопроводе изменяющегося магнитного поля. Далее изменяющийся магнитный поток проходит через витки второй обмотки, после чего в ней возникает электродвижущая сила. Во время проверок и в процессе эксплуатации работа трансформатора может происходить в различных режимах: Рабочий режим. В этом случае источник напряжения подключается к первичной обмотке, а нагрузка - к вторичной. Величина тока в каждой обмотке должна быть не более допустимого расчетного значения. В данном режиме обеспечивается устойчивое и надежное питание потребителей в течение длительного времени. В рабочем режиме может создаваться холостой ход и короткое замыкание с целью проверки характеристик трансформаторного устройства. Холостой ход. Создается путем размыкания вторичной цепи, чтобы исключить протекание по ней тока. Данный режим позволяет определить коэффициент полезного действия, коэффициент трансформации, потери в стальных деталях, затраченные для намагничивания сердечника. Режим короткого замыкания. В этом случае накоротко шунтируются выводы вторичной обмотки. На входе трансформатора напряжение оказывается заниженным до значения, при котором создается вторичный номинальный ток с постоянным значением. Данный способ позволяет установить потери в меди. Аварийный режим. К нему относятся любые нарушения работы трансформатора, вызывающие отклонение рабочих показателей за пределы допустимого значения. Особую опасность представляет короткое замыкание, возникающее внутри обмоток. Для предотвращения последствий аварийного режима в силовых трансформаторах устанавливаются автоматические средства защиты и сигнализации. Они поддерживают нормальную работу первичной схемы и полностью отключают ее в случае неисправностей и аварийных ситуаций.

Во время проверок и в процессе эксплуатации работа трансформатора может происходить в различных режимах:

Рабочий режим. В этом случае источник напряжения подключается к первичной обмотке, а нагрузка - к вторичной. Величина тока в каждой обмотке должна быть не более допустимого расчетного значения. В данном режиме обеспечивается устойчивое и надежное питание потребителей в течение длительного времени. В рабочем режиме может создаваться холостой ход и короткое замыкание с целью проверки характеристик трансформаторного устройства.

Холостой ход. Создается путем размыкания вторичной цепи, чтобы исключить протекание по ней тока. Данный режим позволяет определить коэффициент полезного действия, коэффициент трансформации, потери в стальных деталях, затраченные для намагничивания сердечника.

Режим короткого замыкания. В этом случае накоротко шунтируются выводы вторичной обмотки. На входе трансформатора напряжение оказывается заниженным до значения, при котором создается вторичный номинальный ток с постоянным значением. Данный способ позволяет установить потери в меди.

Аварийный режим. К нему относятся любые нарушения работы трансформатора, вызывающие отклонение рабочих показателей за пределы допустимого значения. Особую опасность представляет короткое замыкание, возникающее внутри обмоток. Для предотвращения последствий аварийного режима в силовых трансформаторах устанавливаются автоматические средства защиты и сигнализации. Они поддерживают нормальную работу первичной схемы и полностью отключают ее в случае неисправностей и аварийных ситуаций.

силовой проверка трансформатор

3. Охлаждение трансформатора

Охлаждение трансформатора осуществляется с помощью гидравлической системы. Залив и слив масла производится с использованием задвижек и вкручивающихся пробок. Отбор масла для химического анализа производится через запорный вентиль, расположенный в нижней части бака. Циркуляция масла в силовом трансформаторе происходит по двум контурам - внешнему и внутреннему. В состав внешнего контура входит радиатор, состоящий из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных между собой металлическими трубками. Нагретое масло проходит через магистрали охладителя, остывает и вновь поступает в бак. Внутри бака масло может циркулировать естественным путем или принудительно под действием давления, создаваемого насосами. Теплообмен значительно улучшается за счет специальных гофр, устанавливаемых на поверхности бака. Важнейшим элементом силового трансформатора является его электрическая схема. Все ее элементы размещаются внутри корпуса. Верхняя и нижняя балки составляют остов, на котором крепятся все остальные детали. В состав схемы входит магнитопровод, обмотки высокого и низкого напряжения, высоковольтные и низковольтные отводы, регулировочные ответвления обмоток. В нижней части располагаются вводы высокого и низкого напряжения.

4. Классы систем охлаждения

Охлаждение трансформатора может быть естественным либо принудительным. В первом случае речь идет о циркуляции воздуха или масла под действием собственного веса, тогда как во втором для создания потока используются вентиляторы или насосы. Наибольший интерес представляет классификация, по которой выделяют следующие способы охлаждения силовых трансформаторов.

Тип «М»

Используется наиболее часто ввиду долгой эксплуатации и низкой стоимости. Тепловая энергия, выделяемая трансформатором, поглощается специальным маслом. Оно циркулирует в системе естественным образом, постепенно отдавая тепло в окружающий воздух, нагревая поверхность баков. В установках большой мощности теплоотдающие покрытия трансформатора специально изготавливаются с ребристой структурой для увеличения площади теплообмена. Для этой же цели некоторые модификации комплектуются навесными либо выносными радиаторами охлаждения.

Системы типа «М» эксплуатируются в трансформаторах мощностью до 16 МВА. Максимальная температура масла не превышает +95°С, все что выше, приводит к срабатыванию защиты. Кроме дешевизны и долгого срока эксплуатации этот тип охлаждения отличается простым обслуживанием - нужно только контролировать нагрев масла и своевременно восполнять его запасы.

Стоит обратить внимание и на систему «МВ», которая отличается от «М» тем, что вместо естественного воздушного обдува используется принудительное водяное охлаждение.

Тип «Д»

В трансформаторах высокой мощности в диапазоне от 16 до 80 МВА не представляется возможным эффективно охлаждать основные узлы за счет исключительно естественной циркуляции теплоносителя и воздуха. В связи с этим такие установки комплектуются системой охлаждения типа «Д». Она во многом похожа на уже рассмотренный выше вариант, но циркуляция воздуха здесь принудительная. Для этого осуществляется обдув радиаторов встроенными вентиляторами. Для экономии энергии и ресурса он включается при нагреве масле до температуры +55°С и более.

Типы «ДЦ» и «НДЦ»

Данные виды охлаждения силовых трансформаторов являются развитием типа «Д». Отличие в том, что циркуляция масла здесь принудительная, как и воздушный обдув радиаторов. Необходимое давление создается масляными насосами. Такой вариант отвода тепла имеет ряд преимуществ:

? возможность размещения трансформатора и бака охладителя как двух отдельных частей;

? компактность и пригодность для обслуживания установок мощностью до 160 МВА;

? высокая надежность и непрерывная работа под постоянным контролем автоматики.

Принципиальное различие систем «ДЦ» и «НДЦ» в том, что во втором случае реализована направленная циркуляция теплоносителя.

Типы «Ц» и «НЦ»

Эти способы предназначены для отвода тепла от трансформаторов мощностью свыше 160 МВА. Для охлаждения таких устройств нужна высокая производительность - в этом случае она достигается за счет принудительного масляного и водяного охлаждения. Вода циркулирует через специальный контур, отводящий тепло от контура, внутри которого двигается масло, и тем самым заменяет собой вентиляторы. Система «НЦ» отличается от «Ц» направленной циркуляцией в масляной системе, а ее назначение - эффективный отвод тепла от элементов оборудования мощностью от 630 МВА.

силовой проверка трансформатор

Размещено на Allbest.ru