Выбор числа и мощности трансформаторов

1.

Лекция: Выбор числа и мощности
трансформаторов
Разработал: д.т.н. Иванова Е.В.
Разработал: д.т.н. Иванова Е.В.

2. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Силовой трансформатор это электрический аппарат, который
предназначен для преобразования
электрической энергии одного напряжения в
электрическую энергию другого напряжения.

3. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Различают:
• однофазные и трехфазные трансформаторы;
• двухобмоточные и трехобмоточные
трансформаторы;
• автотрансформаторы;
• с расщепленной обмоткой;
• повышающие;
• понижающие.

4. Буквенно-цифровые обозначения

В типе трансформаторов последовательно указывают:
• 1. Т - трехфазный;
О - однофазный.
• 2. С - естественное воздушное охлаждение;
М - естественное масляное охлаждение;
Д - масляное охлаждение с дутьем и
естественной циркуляцией масла;
ДЦ - масляное охлаждение с дутьем и
принудительной циркуляцией масла;
Ц - масляно-водяное охлаждение с
принудительной циркуляцией масла.

5. Буквенно-цифровые обозначения

3. Т - трехобмоточный;
Р - с расщепленной вторичной обмоткой;
Без обозначения - двухобмоточный.
Буква А перед обозначением обозначает
автотрансформатор.
• Буква Н после обозначения обозначает
наличие устройства регулирования
напряжения под нагрузкой (РПН).

6. Принцип работы

основан на законе электромагнитной индукции.
Если к первичной обмотке
подключить источник переменного тока,
то по виткам этой обмотки будет
протекать переменный ток, который
создаст в магнитопроводе
трансформатора переменный магнитный поток.
Замкнувшись в магнитопроводе, переменный магнитный поток
будет индуктировать электродвижущую силу (ЭДС) в другой
обмотке трансформатора. Это объясняется тем, что все
обмотки трансформатора намотаны на один магнитопровод, то
есть они связаны между собой магнитной связью. Значение
индуктируемой ЭДС будет пропорционально количеству витков
данной обмотки.

7. Номинальные параметры трансформаторов

номинальная мощность,
, кВА, МВА;
- номинальное напряжение,
, кВ;
- номинальный ток,
, А;
- номинальные условия охлаждающей
среды;
- напряжение короткого замыкания,
;
- ток холостого хода,
; %;
- потери холостого хода,
, кВт;
- потери короткого замыкания,
, кВт.

8. Номинальной мощностью

трансформатора называется указанное в
паспорте значение полной мощности, на
которую трансформатор может быть нагружен
непрерывно в номинальных условиях установки
и охлаждающей среды при номинальной
частоте и напряжении.
За номинальную мощность АТ принимается
номинальная мощность сторон, имеющих
автотрансформаторную связь. Ее называют
"проходной" мощностью.
.

9. Номинальная мощность трансформатора - это та мощность, на которую он может быть нагружен непрерывно в течение всего срока службы при норма

Номинальная
мощность
трансформатора
это та мощность, на которую он может быть нагружен
непрерывно в течение всего срока службы при
нормальных
условиях
окружающей
среды
Нормальные условия среды:
• Температура окружающей среды 20 градусов
• Превышение температуры масла над температурой окр. среды
36 градусов
• Превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки
над средней температурой обмотки 13 градусов
• Отношение потерь кз к потерям хх равно 5 кратному значению

10. Номинальное напряжение обмоток

это напряжение первичной и вторичных
обмоток при холостом ходе (линейные для 3-хфазных или для
однофазных трансформаторов)

11. Номинальным коэффициент трансформации для 2-х обмоточных трансформаторов

12. Номинальный ток

• Номинальными токами обмоток
трансформатора называют токи,
определяемые по их номинальным
мощностям и номинальным
напряжениям. Под номинальной
нагрузкой понимают нагрузку, равную
номинальному току.

13. Напряжение короткого замыкания

это напряжение в процентах от
номинального, при подведении которого
к одной из обмоток трансформатора в
замкнутой накоротко другой обмотке ток
равен номинальному. Характеризует
полное сопротивление обмоток
трансформатора.
Для 3-х обмоточных трансформаторов и
АТ приводится для каждой пары
обмоток (при разомкнутой третьей).

14. Ток холостого хода

характеризует активные и реактивные
потери в стали и выражается в
процентах от номинального тока
трансформатора.

15. Потери холостого хода и короткого замыкания

определяют экономичность работы
трансформатора.
Характеризуют потери в стали (на
вихревые токи и гистерезис) и потери в
обмотках при протекании по ним токов
нагрузки.

16. Элементы конструкции трансформатора

- магнитопровод;
- обмотки;
- изоляция;
- выводы;
- бак;
- охлаждающие устройства;
- устройства регулирования напряжения;
- защитные и измерительные устройства;
- тележка (каретка с катками).

17. Устройство силового масляного трансформатора

18. Устройство силового масляного трансформатора

1 — бак, 2 — вентиль,
3 — болт заземления,
4 — термосифонный фильтр,
5 — радиатор,
6 — переключатель,
7 — расширитель,
8 — маслоуказатель,
9—воздухоосушитель,
10 — выхлопная труба,
11 — газовое реле,
12 — ввод ВН,
13 — привод переключающего устройства, 14 — ввод НН,
15 — подъемный рым, 16 — отвод НН, 17 — остов, 18 —
отвод ВН, 19 — ярмовая балка остова (верхняя и нижняя),
20 — регулировочные ответвления обмоток ВН, 21 —
обмотка ВН (внутри НН), 22 — каток тележки

19. Элементы конструкции трансформаторов

Магнитопровод составляет остов трансформатора. Он
выполняется из листов электротехнической стали,
изолируемых бумагой. или лаком. Стержни
магнитопровода стягиваются стеклобандажами а
ярма - стальными бандажами.
На остове магнитопровода устанавливают обмотки концентрические или чередующиеся. Чаще
применяются концентрические обмотки,
чередующиеся - только в специальных
трансформаторах (печных, сухих). Для проводников
обмоток используют алюминий (при мощности
трансформаторов до 6300кВА) или медь.

20. Элементы конструкции трансформаторов

Для изоляции масляных трансформаторов
используются:
• - масло и твердые диэлектрики;
• - масло и бумага;
• - масло и электрокартон;
• - масло и гетинакс;
• - масло и дерево.
Масло заполняет бак трансформатора, обеспечивая
междуфазную изоляцию и изоляцию от заземленного
бака.
В сухих трансформаторах применяются изолирующие
материалы на основе кремнийорганических
соединений.

21. Элементы конструкции трансформаторов

Магнитопровод вместе с обмотками и отводами от них к
вводам составляют активную часть.
Активную часть помещают в бак. Крышку бака используют
для установки вводов, расширителя, термометров. На
стенках бака укрепляют охлаждающие устройства радиаторы. При ремонтах снимают крышку и поднимают
активную часть из бака. Если масса активной части
больше 25 тонн, она устанавливается на донную часть
бака, а затем накрывается колоколообразной верхней
частью бака. При ремонтах не требуется выемки активной
части. Баки экранируются пакетами электротехнической
стали или немагнитными материалами.

22. Элементы конструкции трансформаторов

• Расширитель представляет собой цилиндрический бак,
соединенный трубками с баком. В него вытесняется
масло при повышении его уровня в баке при нагреве.
При понижении уровня масла в расширитель
всасывается воздух через силикагелевый фильтр.
Фильтр осушает воздух, чтобы влажный воздух не
вызывал снижения диэлектрических свойств масла. Так
как фильтр полностью не осушает воздух (особенно при
резких колебаниях нагрузки), в современной энергетике
широкое применение получают герметичные баки с
заполнением свободного пространства под крышкой
инертным газом.
• На крышке бака размещают защитные и
измерительные устройства: маслоуказатель,
термометры, реле понижения уровня масла.

23. Выбор числа трансформаторов

Выбор числа трансформаторов определяется
требованиями надежности электроснабжения.
Наилучшим является вариант с установкой
двух трансформаторов, обеспечивающий
практически бесперебойное
электроснабжение предприятия или цеха.

24. Системы охлаждения силовых трансформаторов

• Охлаждение масляных трансформаторов
выполняют:
- естественным масляным;
- естественным масляным с искусственным
воздушным;
- масловодяным;
- масловоздушным.

25. Естественное масляное (М) охлаждение

тепло от обмоток и магнитопровода
передается маслу, а от него через
стенки и крышку бака - окружающему
воздуху. При этом происходит
естественная циркуляция масла в баке.
Трансформаторы малой мощности
имеют гладкие стенки бака,
трансформаторы средней мощности трубчатые или снабженные трубчатыми
радиаторами.

26. Естественное масляное с принудительным воздушным дутьем (Д) охлаждение

• осуществляется обдувом трубчатых
радиаторов от двигателей - вентиляторов,
размещенных внутри радиаторов. При этом
масло проникает в радиаторы естественным
образом. Пуск и остановка всех или части
вентиляторов в зависимости от температуры
может осуществляться вручную или
автоматически.

27. Масловодяное (Ц) охлаждение

Центробежный насос (1) забирает горячее масло из
верхней части бака, прогоняет его через водяной
охладитель (2) и возвращает в нижнюю часть бака через
воздухоотделитель (3).
Трансформаторы с масловодяным охлаждением имеют
гладкие стенки бака, а так как масловодяное охлаждение
применяют только для мощных трансформаторов, даже
на холостом ходу система циркуляции должна быть
включена.

28. Масловоздушное (ДЦ, НДЦ) охлаждение

масло насосами прогоняется через
воздушные охладители.
• Масловодяное и масловоздушное
охлаждение применяются для
трансформаторов большой мощности.
Маслоохладители могут быть
установлены на стенках бака или
выносными.

29. Охлаждение сухих трансформаторов

• Сухие трансформаторы имеют воздушное
охлаждение (С). Применяется для трансформаторов
небольшой мощности, если по условиям
пожароопасности невозможна установка масляного
трансформатора (в производственных помещениях,
общественных зданиях).
• Воздушное охлаждение выполняется в разных
исполнениях:
- С - открытом;
- СЗ - защищенном;
- СГ - герметизированном;
- СД - с принудительной циркуляцией воздуха.

30. Схемы и группы соединения обмоток

• Обмотки обычно имеют схемы
соединений: звезда ; звезда с
выведенной нейтралью ; треугольник .

31. Схемы и группы соединения обмоток

• Сдвиг фаз между ЭДС первичной и
вторичной обмоток выражают группой
соединений. При разных схемах
соединений обмоток может быть получено
12 групп соединений.
• При схемах Y / Y - группы: 2, 4, 6, 8, 10, 0.
• При схемах /Y или Y/ - группы: 1, 3, 5, 7,
9,11.

32. Схемы и группы соединения обмоток

• Обмотку ВН обычно соединяют в Y , что
позволяет экономить изоляцию
• Обмотку НН - в , так как при этом ток в
фазе будет
, что позволяет
снизить расход меди.

33. Коэффициент трансформации

- это отношение числа витков питаемой
от сети обмотки к числу витков другой
обмотки или одного напряжения
(первичного) к другому (вторичному).

34. Регулирование напряжения трансформаторов

• осуществляется за счет изменения
коэффициента трансформации

35. Регулирование напряжения трансформаторов

• Обмотки трансформатора выполняют с
отпайками (ответвлениями), это позволяет
изменять число витков (коэффициент
трансформации) и вторичное напряжение.
• Переключение ответвлений может
производиться при отключенном от сети
состоянии (ПБВ - переключение без
возбуждения) или в процессе работы
трансформатора автоматически (РПН регулирование под нагрузкой).

36. Регулирование напряжения трансформаторов (РПН)

Переключатель (П) обеспечивает
грубую регулировку (добавляется
или исключается сразу несколько
витков bc).
Избиратель тонкой регулировки
добавляет или убирает по одному
витку. Переключение
регулировочной обмотки de должно
осуществляться без разрыва цепи и
замыкания накоротко витков. Для
этого применяются специальные
переключающие устройства с
реакторами или резисторами,
включающимися в моменты
перехода с одной отпайки на другую.

37. Выбор мощности трансформаторов

Мощность трансформаторов должна обеспечивать в
нормальном режиме питание всех электроприемников.
Мощность трансформаторов определяется с учетом их
перегрузочной способности.
Различают
а) Аварийная перегрузка
б) Систематическая перегрузка

38. Аварийная перегрузка

Трансформатор можно перегружать на
срок 5 суток на 40%, когда его загрузка
до аварийной перегрузки не превышала
0,93 Sном.
По продолжительности перегрузка не
должна превышать 6 час (подряд или с
перерывом)

39. Систематическая перегрузка

Систематическая
перегрузка
–
это
допустимая
дополнительная
нагрузка
трансформатора в часы максимальных
нагрузок за счет неполного использования
трансформатора в другие часы.

40. Определение коэффициента загрузки трансформатора

• Загрузка трансформатора в
нормальном режиме равна:
• Загрузка трансформатора в аварийном
режиме равна:
К
ЗАВ
S
S
P
НТ

41. Системы охлаждения трансформаторов

• ТМ – естественное, масляное охлаждение
• С -сухой трансформатор, т.е. с
естественным охлаждением,
• Д – масляное охлаждение с дутьем, т.е.
обдувание бака вентилятором,
• Ц – принудительная циркуляция масла через
водяной охладители,
• ДЦ – принудительная циркуляция масла
через охладители, обдуваемые
вентилятором

42. Выбор трансформаторов

Осуществляется на основе техникоэкономических сравнений
по значениям приведенных годовых затрат.
Приведенные годовые затраты включают в
себя: эксплуатационные расходы и
капитальные вложения.

43. Задание

• Устройства РПН
• Автотрансформаторы
• Трехобмоточные трансформаторы