Презентация, доклад по электротехнике на тему Силовые трансформаторы

переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока того же или иного напряжения при неизменной частоте. Назначение тансформаторов – повышать или понижать напряжение.

радиотрансформаторы, специального назначения.

По виду охлаждения:
воздушные, масляные, сухие.

По числу фаз:
однофазные, трехфазные.

По числу обмоток:
двухобмоточные, трехобмоточные.

а б в

а — двухобмоточный тансформатор;
б — трехобмоточный трансформатор;
в — трансформатор с расщепленными обмотками низшего напряжения.

охлаждающей — атмосферный воздух.
Условные обозначения:
С - естественное воздушное охлаждение при открытом исполнении;
СЗ - при защищенном исполнении;
СГ - при герметизированном исполнении;
СД - воздушное с дутьем.

масло.

Условные обозначения масляных трансформаторов:
М - естественное масляное охлаждение;
Д - масляное с дутьем и естественной циркуляцией масла;
ДЦ - масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла;
МВ - масляно-водяное с естественной циркуляцией масла;
Ц - масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла;
Ц‘ – масляное с направленной циркуляцией масла

Т);
Вид охлаждения: система охлаждения (одна или две буквы):
«М» - естественное масляное;
«Д» - дутьевое (обдувание радиаторное вентилятором);
«Ц» - принудительная циркуляция масла (при помощи масляных насосов) через водяной охладитель;
«ДЦ» - принудительная циркуляция масла через установленные баки (или выносные) охладители, обдуваемые вентиляторами;
«С» - сухой, охлаждаемый воздухом.
Число обмоток, работающих на сети разного напряжения (если оно больше двух) - указывается после числа фаз:
для трехобмоточного трансформатора — Т;
для трансформатора с расщепленными обмотками — Р
выполнение одной из обмоток с устройством РПН обозначают дополнительной буквой Н.
Для обозначения автотрансформатора на первом месте добавляют букву А.
За буквенным обозначением указывается номинальная мощность и класс напряжения.

Например: ТМН-10000/110-67— трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением с РПН, номинальной мощностью 10 000 KB-А, класса напряжения 110 кВ, конструкции 1967 г.

2 - вентилятор;
3 - бак;
4 - радиатор;
5 - крюк;
6 - переходный фланец с установкой трансформаторов тока;
7 - ввод 110 кВ;
8 - ввод 35 кВ;
9 - бумажно-бакелитовый цилиндр ввода 10 кВ;
10 - привод переключающего устройства ПБВ;
11 - ввод НН (10 кВ);
12 - выхлопная труба;
13 - газовое реле;
14 - расширитель;
15 - маслоуказатель;
16 - воздухоосушитель;
17 - переключатель обмотки ВН;

18 - обмотка ВН (110кВ);
19 - термосифонный фильтр;
20 - каретка;
21 - распределительная коробка;
22 - площадка для установки домкрата;
23 - магистральная коробка

охлаждения

Основные части трансформатора:

бак, наполненный трансформаторным маслом.

Активная часть трансформатора

Бак трансформатора

обмотки.
Принцип действия основан на передаче и преобразовании энергии из одного контура в другой или на явлении взаимной электромагнитной индукции.

5 - стержневые; 3, 6 - кольцевые

которой суммируются ЭДС витков.
Обмотки трансформаторов стержневого и броневого типов представляют собой катушки, намотанные из изолированного провода, в большинстве случаев медного, на изолирующий каркас или гильзу. Отдельные слои проводов изолируют друг от друга тонкой межслойной изоляцией из специальной бумаги или ткани, пропитанной лаками; между обмотками прокладывают более толстую межобмоточную изоляцию.
Обмотки трансформатора, к которым электрическая энергия подводится, называют первичными, обмотки, от которых электрическая энергия отводится, - вторичными.
О б м от к и трансформаторов должны обладать достаточной электрической и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от них должна без повреждений выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения. Обмотки должны выдерживать электродинамические усилия, которые возникают при протекании токов к.з. Должна быть предусмотрена надежная система охлаждения обмоток.

Обмотки – это электрические цепи, по которым протекает электрический ток.

энергии в них, предельный нагрев частей трансформатора ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева.
Чем больше мощность трансформатора, тем интенсивнее должна быть система охлаждения.

кВ⋅А включительно.

1 – бак
2 – магнитопровод
3 – радиаторные трубы

В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе 2 (выемная часть), передается окружающему маслу, циркулирующему по баку 1 и радиаторным трубам 3 (охлаждающая поверхность), а затем — окружающему воздуху. При номинальной нагрузке температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95°С.
Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак силового масляного трансформатора снабжают ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

часть
4 – коллектор;
5 – трубчатый радиатор
8 - вентиляторы

Применяется для более мощных силовых масляных трансформаторов.
В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб 5 помещают вентиляторы 8. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов осуществляется автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Силовые масляные трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 1.00% от номинальной, а температура верхних слоев масла не более 55°С, а также независимо от нагрузки при отрицательных температурах окружающего воздуха и температуре масла не выше 45°С . Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе трансформатора с номинальной нагрузкой 95°С. Форсированный обдув радиаторных труб улучшает условия охлаждения масла, а следовательно, обмоток и магнитопровода силового масляного трансформатора, что позволяет изготовлять такие трансформаторы мощностью до 80000 кВ⋅А.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д)

(ДЦ)

1 — бак трансформатора;
2 —выемная часть;
6 —электронасос;
7 – охладители;
8 — вентиляторы

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители(ДЦ) применяется для силовых масляных трансформаторов мощностью 63000 кВ⋅А и выше.

Охладители 7 состоят из тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором 8. Электронасосы 6, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители.
Благодаря высокой скорости циркуляции масла, большой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью.
Такая система охлаждения позволяет значительно уменьшить габаритные размеры силовых масляных трансформаторов.
Охладители могут устанавливаться вместе с силовым масляным трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.
В трансформаторах с направленным потоком масла (НДЦ) интенсивность охлаждения повышается, что позволяет увеличить допустимые температуры обмоток.

уровень напряжения на шинах подстанций. В электрических сетях предусматриваются способы регулирования напряжения, одним из которых является изменение коэффициента трансформации трансформаторов.
Известно, что коэффициент трансформации определяется как отношение первичного напряжения ко вторичному, или




где wx, w2 — число витков первичной и вторичной обмоток соответственно.
Отсюда



Обмотки трансформаторов снабжаются дополнительными ответвлениями, с помощью которых можно изменять коэффициент трансформации.

Отсюда

для переключения ответвлений обмотки невозбужденного и полностью отключенного от сети силового трансформатора.

Устройство ПБВ позволяет регулировать напряжение в пределах ±5%, для чего трансформаторы небольшой мощности, кроме основного вывода, имеют два ответвления от обмотки высшего напряжения: +5% и -5%.
Если трансформатор работал на основном выводе 0 и необходимо повысить напряжение на вторичной стороне U2 , то, отключив трансформатор, производят переключение на ответвление -5%, уменьшая тем самым число витков ω1.
Устройство ПБВ не позволяет регулировать напряжение в течение суток, так как это потребовало бы частого отключения трансформатора для производства переключений, что по условиям эксплуатации практически недопустимо. Обычно ПБВ используется только для сезонного регулирования напряжения.

ПБВ – переключение без возбуждения (трансформатор отключают от сети).

Схема регулирования напряжения ПБВ
1 – неподвижный контакт;
2 – сегмент контактный;
3 – вал переключателя;
4 – контактные кольца

переключения ответвлений обмотки силового трансформатора под нагрузкой.
Устройство РПН служит для регулирования напряжения на низшей (низших) напряжениях трансформатора, выполняется на стороне высокого напряжения (ниже токи, проще реализация).
Регулирование напряжения может производиться автоматически либо вручную – дистанционно или по месту.
РПН предназначены для ступенчатого регулирования напряжения силовых понижающих трансформаторов под нагрузкой.
Регулирование под нагрузкой (РПН) позволяет переключать ответвления обмотки трансформатора без разрыва цепи.
Устройство РПН предусматривает регулирование напряжения в различных пределах в зависимости от мощности и напряжения трансформатора (от ±10 до 16 % ступенями приблизительно по 1,5 %).

также последовательные регулировочные трансформаторы .
Они состоят из последовательного трансформатора 2, который вводит добавочную ЭДС в основную обмотку автотрансформатора 1, и регулировочного автотрансформатора 3, который меняет эту ЭДС. С помощью таких трансформаторов можно изменять не только напряжение (продольное регулирование), но и его фазу (поперечное регулирование).
Устройство таких трансформаторов значительно сложнее, чем РПН, поэтому они дороже и применение их ограничено.

Схема включения последовательного регулировочного трансформатора в цепь автотрансформатора

включаются последовательно в линию или в цепь трансформатора без РПН обеспечивая регулирование напряжения в пределах ± 10 ÷ 15%.
Широкое применение линейные регуляторы находят на подстанциях с автотрансформаторами

На стороне СН регулирование напряжения обеспечивается встроенным в автотрансформатор 1 РПН, а на стороне НН устанавливается регулировочный трансформатор 2, снабженный автоматическим регулированием напряжения.
Регулировочные трансформаторы типа ЛTM выпускаются мощностью 1,6 — 63 MB А на напряжение 6-10 кВ, типов ЛТМН,ЛТДН - 16-100 МВ Д на напряжение до 35 кВ.

Включение регулировочного трансформатора со стороны НН автотрансформатора

они имеют по сравнению с трансформаторами.
Автотрансформатором (AT) называется трансформатор, в котором две или более обмотки гальванически связаны так, что они имеют общую часть. Обмотки автотрансформатора связаны электрически и магнитно, и передача энергии из первичной цепи во вторичную происходит как посредством магнитного ноля, так и электрическим путем.
В автотрансформаторе только часть всей энергии трансформируется, а другая часть передается непосредственно из системы одного напряжения в систему другого напряжения без трансформации.
Автотрансформатор – аппарат, основанный на том же принципе, что и трансформатор, но имеющий лишь одну обмотку высшего напряжения, часть которой служит обмоткой низшего напряжения, т.е он имеет вместо двух обмоток одну, но разделенную на две части.

Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки ОВ и ОС). Часть обмотки, заключенной между выводами В и С, называется последовательной, а между С и О – общей.








Схема однофазного автотрансформатора 
При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток Iв, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток I0. Ток нагрузки вторичной обмотки IС складывается из тока Iв, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока I0, созданного магнитной связью этих обмоток: Iс = IВ + I0, откуда I0 = Iс — IВ.

пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток автотрансфор­матора, можно записать следующее выражение:
S = Uв Iв Uс Iс.
Преобразуя правую часть выражения, получаем:
S = UBIB = [Uв - Uc) + Uc] IВ = (UB- Uc) IB+ Uс Iв,
где (UB - Uс) IВ = ST-трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную; UC IB =Sэ — электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации.
Эта мощность не нагружает общей обмотки, потому что ток IВ из последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку ОС.
В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора S = Sном, а трансформаторная мощность — типовой мощностью SТ = Sтип.

Размеры магнитопровода, а следовательно, его масса определяются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:

где nвс — Uв/Uс — коэффициент трансформации; kвыг — коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.
Чем ближе UB к Uc, тем меньше квыг и меньшую долю номинальной составляет типовая мощность. Это означает, что размеры автотрансформатора, его масса, расход активных материалов уменьшаются по сравнению с трансформатором одинаковой номинальной мощности.
Например, при UB = 330 кВ, Uс =110 кВ, квыг = 0,667, а при UB = 550 кВ, Uс = 330 кВ kвыг = 0,34.
Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов при сочетании напряжений 220/110; 330/150; 500/220; 750/330.

расчетной мощностью.



Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на Sтип нельзя. Этот вывод особенно важен при рассмотрении комбинированных режимов работы автотрансформатора. Такие режимы возникают, если имеется третья обмотка, связанная с автотрансформаторными обмотками только магнитным путем.

Третья обмотка автотрансформатора (обмотка НН) используется для питания нагрузки, для присоединения источников активной или реактивной мощности (генераторов и синхронных компенсаторов), а в некоторых случаях служит лишь для компенсации токов третьих гармоник. Мощность обмотки НН SH не может быть больше Sтип, так как иначе размеры автотрансформатора будут определяться мощностью этой обмотки. Номинальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных автотрансформатора.

нулевой точкой, обмотки НН - в треугольник.
К особенностям конструкции АТ следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали, общей для обмоток ВН и СН. В этом случае заземления на линии со стороны ВН или СН не вызывают опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ.

Схема трехфазного трехобмоточного автотрансформатора

а следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;

меньшие потери и больший КПД;

более легкие условия охлаждения.
 

необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ;

сложность регулирования напряжения;

опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электри­ческой связи обмоток ВН и СН.

ПРЕИМУЩЕСТВА

НЕДОСТАТКИ

но имеющий лишь одну обмотку высшего напряжения, часть которой служит обмоткой низшего напряжения, т.е он имеет вместо двух обмоток одну, но разделенную на две части.

Что понимают под номинальной мощностью автотрансформатора?

Назовите мощность, передаваемую трансформаторным путем в номинальном режиме.

Какой мощностью определяются размеры магнитопровода, а следовательно, его масса?

Как связаны между собой обмотки ВН и СН у автотрансформаторов?

На какую мощность рассчитываются обмотки и магнитопровод автотрансформатора?

Запишите формулу коэффициента выгодности трансформатора

Запишите формулу типовой мощности

но имеющий лишь одну обмотку высшего напряжения, часть которой служит обмоткой низшего напряжения, т.е он имеет вместо двух обмоток одну, но разделенную на две части. Автотрансформатор
Что понимают под номинальной мощностью автотрансформатора? Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной обмотки во вторичную в номинальном режиме.
Назовите мощность, передаваемую трансформаторным путем в номинальном режиме. Типовая мощность.
Какой мощностью определяются размеры магнитопровода, а следовательно, его масса? Типовой мощностью
Как связаны между собой обмотки ВН и СН у автотрансформаторов? Электрической связью
На какую мощность рассчитываются обмотки и магнитопровод автотрансформатора? На типовую мощность
Запишите формулу коэффициента выгодности трансформатора



Запишите формулу типовой мощности

расчета (ТЭР)

При проектировании электроустановки до разработки главной схемы составляется структурная схема выдачи электроэнергии (мощности), на которой показываются основные функциональные части электроустановки (распределительные устройства, трансформаторы, генераторы) и связи между ними.
Структурные схемы служат для дальнейшей разработки более подробных и полных принципиальных схем, а также для общего ознакомления с работой электроустановки.
Структурная схема зависит от состава оборудования, нагрузки между распределительными устройствами (РУ) разного напряжения.

На чертежах структурных схем функциональные части изображаются в виде прямоугольников или условных графических изображений. Никакой аппаратуры (выключателей, разъединителей, трансформаторов тока и т. д.) на схеме не показывают.

энергосистемы поступает в РУ ВН, затем трансформируется и распределяется между потребителями в РУ НН.
На узловых подстанциях осуществляется связь между отдельными частями энергосистемы и питание потребителей (рисунок б).
Возможно сооружение подстанций с двумя РУ среднего напряжения, РУ ВН и РУ НН. На таких подстанциях устанавливают два автотрансформатора и два трансформатора (рисунок в).
Выбор той или иной структурной схемы электростанции или подстанции производится на основании технико-экономического сравнения двух- трех вариантов, для чего в первую очередь необходимо выбрать количество и мощность трансформаторов (автотрансформаторов).

Структурные схемы подстанций

потребителей электроэнергии U = 6 - 10 кВ, то необходимо иметь распределительное устройство генераторного напряжения (ГРУ).
Количество генераторов, присоединяемых к ГРУ, зависит от нагрузки 6—10 кВ.
На рисунке два генератора присоединены к ГРУ, а один, как правило, более мощный, — к распределительному устройству высокого напряжения (РУ ВН). Линии 110 — 220 кВ, присоединенные к этому РУ, осуществляют связь с энергосистемой.

сооружение энергоемких производств, то питание их может осуществляться по BЛ 35—110 кВ. В этом случае на ТЭЦ предусматривается распределительное устройство среднего напряжения (РУ СН).
Связь между РУ разного напряжения осуществляется с помощью трехобмоточных трансформаторов или автотрансформаторов.

-10 кВ) целесообразно блочное соединение генераторов с повышающими трансформаторами без поперечной связи на генераторном напряжении, что уменьшает токи КЗ и позволяет вместо дорогостоящего ГРУ применить комплектное РУ для присоединения потребителей 6-10 кВ.
Мощные энергоблоки 100-250 МВт присоединяются к РУ ВН без отпайки для питания потребителей. Современные мощные ТЭЦ обычно имеют блочную схему.

генераторного напряжения, предусматривается установка трансформаторов для связи этих шин с шинами повышенного напряжения.
Число трансформаторов связи обычно не превышает двух и выбирается:
при трех и более секциях сборных шин ГРУ устанавливаются два трансформатора связи
при выдаче в энергосистему от ТЭЦ значительной мощности (10-12% общей установленной мощности энергосистемы) необходима установка двух трансформаторов
когда ГРУ состоит из одной-двух секций и выдаваемая в энергосистему мощность невелика, допустима установка одного трансформатора.
Мощность трансформаторов связи определяется по наибольшей расчетной нагрузке. При установке двух трансформаторов:




где - коэффициент допустимой перегрузки трансформатора

мощных КЭС, ГЭС и АЭС выдача электроэнергии в энергосистему происходит на двух, а иногда на трех повышенных напряжениях (рисунок в).
Связь между РУ разного напряжения осуществляется обычно с помощью автотрансформаторов.
Мощность трансформаторов выбирается по максимальному перетоку между РУ высшего и среднего напряжения, который определяется по наиболее тяжелому режиму.
Число автотрансформаторов связи зависит от наличия резерва в энергосистеме.

два трансформатора или автотрансформатора. В этом случае при правильном выборе мощности трансформаторов обеспечивается надежное электроснабжение потребителей даже при аварийном отключении одного из них.
На двухтрансформаторных подстанциях в первые годы эксплуатации, когда нагрузка не достигла расчетной, возможна установка одного трансформатора. В течение этого периода необходимо обеспечить резервирование электроснабжения потребителей по сетям среднего или низшего напряжения. В дальнейшем при увеличении нагрузки до расчетной устанавливается второй трансформатор. Если при установке одного трансформатора обеспечить резервирование по сетям СН и НН нельзя или полная расчетная нагрузка подстанции ожидается раньше чем через 3 года после ввода ее в эксплуатацию, то подстанция сооружается по конечной схеме, т. е. с двумя трансформаторами.

замена поврежденного трансформатора или ремонт его производится в течение не более одних суток.
Сооружение однотрансформаторных подстанций для потребителей II категории допускается при наличии централизованного передвижного трансформаторного резерва или при наличии другого резервного источника питания от сети СН или НН, включаемого вручную или автоматически.
Сооружение однотрансформаторных подстанций обеспечивает значительную экономию капитальных затрат, но не исключает возможности перерыва электроснабжения, поэтому рекомендуемая предельная мощность таких подстанций при наличии передвижного трансформаторного резерва 16-25 MB А при 110 кВ, до 6,3 MB А при 35 кВ; 2,5-6,3 MB А при 110 кВ, до 2,5-4,0 MB А при 35 кВ - при отсутствии передвижного резерва.
Установка четырех трансформаторов возможна на подстанциях с двумя средними напряжениями (220/110/35/10 кВ, 500/220/35/10 кВ и др.).

трансформатора



-2) при установке двух трансформаторов



- 3) при установке n трансформаторов





где — наибольшая нагрузка подстанции на расчетный период 5 лет.
Трансформаторы, выбранные по условиям (2) и (3), обеспечивают питание всех потребителей в нормальном режиме при оптимальной загрузке трансформаторов 0,6 — 0,7 SHOM, а в аварийном режиме оставшийся в работе один трансформатор обеспечивает питание потребителей с учетом допустимой аварийной или систематической перегрузки трансформаторов.

по всему миру