Материал: Расчет трансформаторов

Расчет трансформаторов

Техническое задание

силовой трансформатор обмотка

Тип трансформатора: ТМ-400/6

Мощность трансформатора: 400 кВА

Материал обмоток: Алюминий

Схема соединения обмоток:Y/Y-0

Напряжения обмоток:

Обмотка ВН:6кВ

Обмотка НН: 400 В

Потери холостого хода: 1080 Вт

Потери короткого замыкания: 5500 Вт

Напряжение короткого замыкания: U_к=4.5%

Ток холостого хода: I_хх=2.1%

Введение

Силовые трансформаторы (далее просто трансформаторы), установленные на электростанциях или подстанциях, служат для преобразования электроэнергии одного напряжения в другое, связи между отдельными элементами (участками) электрической сети, регулирования напряжения и перетоков мощности. Они представляют собой статическое электромагнитное устройство, имеющее две и более индуктивно связанных обмотки. По назначению трансформаторы делятся на повышающие и понижающие, по числу обмоток - на двухобмоточные, трехобмоточные и с расщепленными обмотками. Двухобмоточные трансформаторы имеют обмотки высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН); трехобмоточные - обмотки высшего напряжения, среднего напряжения (СН) и низшего напряжения.

Повышение тарифов на электроэнергию выдвигает требования по снижению потерь в трансформаторах. Основное внимание обращено на внедрение современных конструкций и технологий, направленных на снижение потерь энергии в трансформаторах. Большинство трансформаторов по своей природе наиболее эффективны, когда они работают при 100% нагрузке. Тем не менее, 100% нагрузка является идеальным случаем, а многим трансформаторам приходится работать при более низких нагрузках. С изменением нагрузки трансформатора изменяется его эффективность. Современные конструкции трансформаторов позволяют повысить их эффективность на 30% - 50%, при этом при нагрузке 35% их потери снижены на 30%. Современная конструкция трансформаторов определяется производственными тенденциями, благодаря которым трансформаторы отличаются существенно большей мощностью и экономичностью.

Проектирований трансформатор - это двухобмоточный понижающий трансформатор для питания промышленной или промышленно-осветительной нагрузки изделия общего назначения, используются в целях преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии. Предназначены для работы в электросетях напряжением 6кВ, служат для преобразования напряжения до необходимого уровня потребления.

1. Краткие теоретические сведения

силовой трансформатор обмотка

Силовой трансформатор является одним из важнейших электрических элементов. Передача электрической энергии на расстояние требует многократного преобразования энергии, поэтому параметры трансформаторов должны быть как можно более с высококачественными параметрами, так как от этого зависит эффект от его использования.

Необходимость распределения энергии между многими мелкими потребителями приводит к значительному увеличению числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность трансформаторов в сети на каждой последующей ступени с более низким напряжением в целях более свободного маневрирования энергией выбирается обычно больше, чем мощность предыдущей ступени более высокого напряжения. Вследствие этого общая мощность трансформаторов, установленных в сети, превышает мощность генератора в 8-10 раз. Следует отметить, что по мере удаления от электростанции единичные мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, возрастают.

Уменьшение потерь холостого хода достигается главным образом путем все более широкого применения холоднокатаной рулонной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью. Применение этой стали, обладающей анизотропией магнитных свойств и очень чувствительной к механическим воздействиям при обработке к толчкам и ударам при транспортировке пластин, к ударам, изгибам и сжатию пластин при сборке магнитной системы и остова сочетается с существенным изменением конструкции магнитных систем, а также с технологией заготовки и обработки пластин и сборки магнитной системы и остова. В конструкциях применяют косые стыки пластин в углах магнитной системы, стяжку стержней и ярм кольцевыми бандажами. Применение пространственных магнитных систем, навитых из лент холоднокатаной стали, уменьшает расход активной стали, потери и ток ХХ.

Уменьшение потерь короткого замыкания (КЗ) достигается главным образом понижением плотности тока за счет увеличения массы метала в обмотках. Кроме того, это достигается заменой медного провода алюминиевым в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 16 000 кВ·А.

Одной из важных задач является повышение эффективности использования материальных ресурсов в трансформаторостроении - материалов, топлива и энергии. Эта задача решается в комплексе мероприятий, направленных на уменьшение расхода активных, изоляционных и конструктивных материалов и на уменьшение размеров трансформатора.

Уменьшение расход электротехнической стали при стабильности допустимой индукции достигается за счет перехода от плоских к пространственным магнитным системам. Сокращение расхода изоляционных материалов, трансформаторного масла и металла, употребляемого на изготовление баков и систем охлаждения, допускается путем допустимого снижения испытательных напряжений и уменьшения изоляционных расстояний при улучшении изоляционных конструкций на основе совершенствования технологий обработки изоляции и применении новых средств защиты трансформаторов от перенапряжений. Большой эффект в деле экономии конструктивных материалов дает также применение новых систем форсированного охлаждения трансформаторов с направленной циркуляцией масла в каналах обмоток и эффективных охладителях.

В области электромагнитных и электродинамических вопросов проводятся следующие исследования:

по повышению электродинамической стойкости трансформаторов при КЗ;

Ø  по снижению шума в трансформаторах;

Ø  по нагрузочной способности и перевозбуждению трансформаторов;

Ø  методов и средств контроля температуры наиболее нагретых точек силовых трансформаторов;

Ø  методов диагностики повреждения трансформаторов условиях эксплуатации;

Ø  аппаратуры для контроля внешних воздействий КЗ на трансформаторы в эксплуатации и другие.

.1 Устройство силового трансформатора

Основными частями трансформатора является магнитная система и обмотки. Магнитная система служит для локализации в ней основного магнитного поля.

Обмотка - совокупность витков из проводников, в которой суммируются наведенные в них ЭДС для получения высшего, среднего и низшего напряжений трансформатора. Электротехническая сталь и медь, из которых изготовлены магнитная система и обмотки с отводами, называют активными материалами.

Магнитная система в собранном виде с соединяющими ее деталями и ярмовыми балками образует остов трансформатора.

Отводы служат для соединения обмоток с вводами переключающим устройством, а переключающее устройство - для регулирования напряжения трансформатора. Активную часть воздушного трансформатора иногда закрывают кожухом, который обеспечивает свободный доступ охлаждающего воздуха, защищая одновременно активную часть от попадания посторонних предметов.

Активную часть масляного трансформатора помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом или другим жидким диэлектриком, являющимся основной изолирующей средой и теплоносителем в системе охлаждения.

Бак состоит из дна, стенки, крышки. Бак со съемной крышкой называют баком с верхним разъемом; с разъемом вблизи дна - колокольным; с уплотнениями, исключающими сообщение между внутренним объемом и окружающим атмосферным воздухом, - герметичным.

На стенках бака размещают охладители, приводной механизм, иногда контакторы переключающего устройства, а также термосифонный фильтр, коробки контактных соединений для приборов контроля и сигнализации. Крышку бака используют для установки вводов, расширителя и предохранительной трубы.

Вводы служат для присоединения обмоток трансформатора к сети, расширитель - для компенсации колебаний уровня масла в баке при изменениях нагрузки и температуры окружающей среды. Расширитель всегда размещают выше уровня крышки.

Для защиты масла в расширителе от увлажнения используют воздухоноситель, представляющий собой сосуд, который сообщается с одной стороны атмосферным воздухом, а с другой - с воздухом, заполняющим внутренний объем расширителя.

Для наблюдения за уровнем масла в расширителе применяют маслоуказатели либо со стеклянной трубкой или пластиной, либо стрелочный. В трубопровод расширителя помещают газовое реле, реагирующее на выделение газа при повреждении в активной части трансформатора. Предохранительная труба - защитное устройство, предупреждающее повреждение бака при внезапном повышении внутреннего давления и представляющее собой стальной цилиндр, один конец которого сообщается с баком, а другой закрыт стеклянным диском.

В крышке устанавливают гильзы для датчиков термосигнализаторов, измеряющих температуру верхних слоев масла трансформатора. Термосигнализатор имеет электроконтактное устройство, которое включается при заранее заданной температуре. Контакты термосигнализатора включают сигнальную или иную цепь, предупреждая о недопустимом повышении температуры масла в трансформаторе.

В герметичной конструкции внутренний объем трансформатора не имеет сообщения с окружающей средой. Трансформатор полностью заполнен под вакуумом трансформаторным маслом, расширители не устанавливаются. Температурные изменения объема масла, происходящие в процессе эксплуатации, компенсируется изменением объема за счет подвижности гофрированных стенок баков. Герметичная конструкция позволяет отказаться от профилактических ремонтов в процессе эксплуатации трансформаторов.

Трансформатор состоит из активной части, бака, крышки бака с вводами ВН и НН и выведенным на крышку приводом переключателя. Активная часть жестко соединена с крышкой бака. Магнитопровод трансформатора - витой пространственный, изготовлен из лент электротехнической стали.

Обмотки - многослойные цилиндрические, изготовлены из провода АПБ, вмотанные.

Отводы ВН выполнены медным проводом с усиленной бумажной изоляцией, отводы НН - из алюминиевой шины. Переключатель трансформатора установлен на активной части.

Сварной бак трансформатора состоит из верхней рамы, гофрированной стенки, обечайки, дна с приваренными к нему швеллерами Бак трансформатора имеет треугольную форму. В нижней части баков находятся узел заземления и сливная пробка. В приваренных ко дну бака швеллерах имеются отверстия для крепления трансформатора. На этих же швеллерах установлены переставные транспортные ролики, позволяющие осуществлять продольные или поперечные перемещения трансформатора.

На крышке трансформатора размещены вводы НН и ВН; привод переключателя; узел заземления крышки и активной части; патрубок для заполнения маслом трансформатора; мановакуумметр с краном, коробкой зажимов; серьги для подъема собранного и заполненного маслом трансформатора; пластины с отверстиями для крепления трансформатора на транспортных средствах на время транспортирования изделия.

Мановакуумметр снабжен электроконтактами, которые служат для включения в цепь сигнализации или отключения трансформатора в случае, если внутреннее давление в нем превысит предельно допустимое значение. Контакты мановакуумметра выведены на коробку зажимов.

Пробивной предохранитель, поставляемый по заказу потребителя, предназначен для защиты сети низкого напряжения.

.2 Классификация трансформаторов

Силовые трансформаторы отличаются номинальной мощностью, классом напряжения, условиями и режимами работы, конструктивным исполнением. В зависимости от номинальной мощности и класса напряжения разделяют на несколько групп (с 1-й по 8-ю ).

В зависимости от условий работы, характера нагрузки или режима работы силовые трансформаторы разделяются на трансформаторы общего назначения, регулировочные и трансформаторы специального назначения (шахтные, тяговые, пусковые и др.).

Промышленностью выпускаются силовые трансформаторы, предназначенные для работы в районах с умеренным, холодным и тропическим климатом, для установки на открытом воздухе или в помещении.

В зависимости от вида охлаждения различают: сухие, масляные трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком.

1.3 Условные обозначения трансформаторов

Условное обозначение различных типов трансформаторов включает в себя:

буквенное обозначение, характеризующее число фаз, вид охлаждения, число обмоток и вид переключателя ответвлений. Кроме вышеуказанных обозначений стандартами и техническими условиями на отдельные виды исполнений трансформаторов, могут предусматриваться дополнительные буквенные обозначения, характеризующие особенности данного типа трансформатора, обозначение номинальной мощности и класса трансформатора, обозначение климатического исполнения и категории размещения.

Буквенное обозначение трансформаторов состоит из следующих по порядку букв. Первая указывает число фаз: 0 - для однофазных трансформаторов; Т - для трехфазных. Следующая одна, две или три буквы указывают условное обозначение вида охлаждения согласно приведенному ниже:

Сухие трансформаторы

Ø  Естественное воздушное при открытом исполнении С

Ø  Естественное воздушное при защищенном исполнении СЗ

Ø  Естественное воздушное при герметичном исполнении СГ

Ø  Воздушное с дутьем СД

Масляные трансформаторы

Ø  Естественная циркуляция воздуха и маслаМ

Ø  Принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла МД

Ø  Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком МЦ

Ø  Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком НМЦ

Ø  Принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла ДЦ

Ø  Принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла НДЦ

Ø  Принудительная циркуляция воды и естественная циркуляция масла МВ

Ø  Принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла Ц

Ø  Принудительная циркуляция воды и масла с направленным потоком масла НЦ

Ø  Трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком

Ø  Естественное охлаждение негорючим жидким диэлектрикомН

Ø  Охлаждение негорючим жидким диэлектриком с дутьем и с ненаправленным потоком жидкого диэлектрикаНД

Ø  Охлаждение негорючим жидким диэлектриком с дутьем и с направленным потоком жидкого диэлектрика ННД

Буква Т - условное обозначение трехобмоточных трансформаторов; двухобмоточные обозначения не имеют. Буква Н указывает на наличие устройства РПН (регулирование под нагрузкой). Кроме того, для условного обозначения трансформаторов применяют следующие буквы: А - перед условным буквенным обозначением числа фаз для автотрансформаторов; Р -после условного обозначения числа фаз для трансформаторов с расщепленной обмоткой НН; З - после условного обозначения вида охлаждения для герметичных масляных трансформаторов или с негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи азотной подушки; С или П - в конце условного обозначения для трансформаторов собственных нужд или для линий передачи постоянного тока.