Трансформаторы

Силовыми трансформаторами называют трансформаторы, которые используются для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и электропотребителей.

Номинальными данными трансформатора являются:

1. Номинальная мощность трансформатора – мощность, на которую рассчитан трансформатор по условиям нагревания. Она задается как полная мощность при номинальном напряжении и токе: S_Н, кВА. Для трехфазных трансформаторов S_Н= U_ВНI_ВН= U_ННI_НН.

2. Номинальное линейное напряжение обмотки высшего напряжения (ВН) – U_ВН, кВ.

3. Номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения (НН) – U_НН, кВ.

4. Частота тока – f, Гц.

5. Мощность потерь короткого замыкания – Р_к, Вт.

6. Номинальное напряжение короткого замыкания – u_к, %.

7. Мощность потерь холостого хода – Р_о, Вт.

8. Схема и группа соединения обмоток.

К номинальным данным также относятся масса и некоторые другие.

Условное обозначение силовых двухобмоточных трансформаторов состоит из буквенной и цифровой частей.

Элементы буквенного обозначения:

1-й элемент: число фаз (Т – трехфазный трансформатор, О – однофазный);

2-й элемент: тип системы охлаждения (М – естественное масляное охлаждение, Д – масляное охлаждение с дутьем ( искусственное воздушное и с естественной циркуляцией масла ), Ц – масляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла через водяной охладитель, ДЦ - масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла); 2-й элемент – буква «Н» означает, что трансформатор заполнен негорючим жидким диэлектриком.

3-й элемент: Г – грозоупорный трансформатор,

«Н» в конце обозначения - трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой, отсутствие такой буквы означает, что трансформатор выполнен с регулированием напряжения без возбуждения (в отключенном состоянии).

Элементы цифрового обозначения располагаются после буквенного:

1-й элемент: – номинальная мощность, кВА;

2-й элемент: – номинальное напряжение обмотки ВН, кВ.

Пример расшифровки обозначения: ТМ 6300/35 – трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением мощностью 6300 кВА и напряжением обмотки ВН 35 кВ.

Основные элементы конструкции силовых трансформаторов

Активная часть трансформатора, обеспечивающая преобразование электрической энергии, состоит из двух или более обмоток, имеющих общий магнитопровод. Трансформатор содержит также различные вспомогательные устройства, улучшающие его эксплуатационные свойства, повышающие безопасность и надежность работы: вводы, устройства регулирования напряжения, измерительные и защитные устройства, арматура.

Для интенсификации охлаждения активная часть трансформатора в большинстве случаев размещается внутри бака, заполненного жидким диэлектриком, который одновременно является и основной изолирующей средой (его электрическая прочность выше, чем у воздуха), и теплоносителем в системе охлаждения (отбирает от обмоток и магнитопровода тепло, передавая его стенкам бака). Из жидких диэлектриков наиболее широкое применение получило трансформаторное масло, как более дешевое и нетоксичное.

По виду изолирующей и охлаждающей среды различают следующие типы силовых трансформаторов: масляные, заполненные негорючим жидким диэлектриком, сухие, с литой изоляцией.

Системы охлаждения трансформаторов классифицируют по конструктивному исполнению, по виду и характеру циркуляции изолирующей и охлаждающей среды.

Магнитопровод предназначен для уменьшения магнитного сопротивления магнитному потоку и изготавливается из ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью. Он служит также конструктивной и механической основой (остовом) трансформатора. В нем можно выделить стержни и ярма. Стержнями называют участки магнитопровода, на которых расположены обмотки. Ярма замыкают стержни в магнитном отношении.

Конструктивное исполнение магнитопроводов весьма разнообразно. Различают броневые, стержневые и бронестержневые магнитопроводы. Их стержни могут располагаться в плоскости или в вершинах правильного треугольника. Последняя конструкция используется только в трехфазных трансформаторах.

В стержневых магнитопроводах каждое ярмо замыкает стержни с одной стороны, а в броневых – с противоположных (см. рис. 1). В однофазной броневой конструкции трансформатора магнитный поток разветвляется и охватывает обмотку, замыкаясь через ярма. Вследствие этого величина магнитного потока в ярме в два раза меньше, чем в стержне. Происхождение термина «броневая» конструкция связано именно с тем, что ярмо охватывает обмотку.

Магнитопроводы силовых трансформаторов обычно изготавливают из тонкой листовой холоднокатанной электротехнической стали толщиной 0,3-0,35 мм. С целью уменьшения вихревых токов и вызываемых ими потерь энергии отдельные листы изолированы друг от друга.

Обмотки служат для преобразования электрической энергии. Трансформаторы могут быть двухобмоточными – с обмоткой высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, трехобмоточными (с обмоткой высшего, среднего (СН) и низшего напряжения) и многообмоточными (трансформаторы малой мощности).

По взаимному расположению относительно друг друга применяют концентрические и чередующиеся обмотки ВН и НН (рис. 2). Наиболее часто встречается концентрическое расположение обмоток ВН, СН и НН (рис. 2а).

По конструктивному исполнению и способу намотки различают цилиндрические слоевые, винтовые и непрерывные спиральные катушечные обмотки. В специальных трансформаторах встречаются и другие типы обмоток.

Схемы и группы соединения фаз обмоток трехфазного трансформатора

Фазы обмотки трехфазного трансформатора чаще всего соединяют по схемам «звезда» (Y) и треугольник (D) (см. табл. 1.1).

В схеме «звезда» концы фаз обмотки соединены в одну общую потенциальную точку, называемую нейтральной, которая может быть изолирована или подключена к нейтральному проводу.

В схеме «треугольник» начало одной фазы соединено с концом другой, в результате чего фазы обмотки образуют замкнутый контур. Общие точки соединения начал и концов соединены с соответствующими вводами. При симметричном режиме по замкнутому контуру «треугольника» сумма фазных ЭДС равна нулю вследствие сдвига между собой по фазе на 2/3, так что «контурный ток» не возникает.

Таблица 1.1.

Схемы соединения фаз обмоток		Векторные диаграммы напряжений ХХ		Условные обозначения
ВН	НН	ВН	НН
A B C X Y Z	0 a b c x y z	B A C	b a c	Y/YН–0
A B C X Y Z	a b c x y z	B A C	b c a	Y/D–11
0 A B C X Y Z	a b c x y z	B A C	b c a	YН/D–11
A B C X Y Z	0 a b c x y z	B A C	b c a	D/YН–11

Группой соединения обмоток трехфазного трансформатора называется условное число из ряда чисел от 0 до 11, характеризующее сдвиг по фазе линейных ЭДС обмоток среднего и низшего напряжений по отношению к линейной ЭДС обмотки высшего напряжения. Это число, умноженное на 30°, дает угол отставания в градусах векторов линейных напряжений обмоток НН и СН по отношению к векторам соответствующих напряжений обмотки ВН. В трехфазных трансформаторах этот угол может иметь 12 значений от 0 до 360 через 30, в однофазных – только два значения: 0 или 180.

Понятие группы имеет смысл только при одинаковом порядке чередования фаз обмоток ВН и НН.

Номер группы можно определить по векторной диаграмме одноименных линейных напряжений (или ЭДС), изображенной в системе координат в виде циферблата часов. Если вектор линейного напряжения обмотки ВН принять за минутную стрелку и установить на «0» часов, то принятый за часовую стрелку вектор линейного напряжения обмотки НН укажет номер группы.

По ГОСТу схемы соединения обмоток силовых трансформаторов должны соответствовать «0» или «11» группе. В трехфазных трансформаторах эти группы могут соответствовать различным комбинациям схем соединения фаз обмоток высшего и низшего напряжения: Y/Y_н-0, Y/D-11, D/Y_н-11 и др. Необходимость в знании групп соединения обмоток возникает при включении трансформаторов на параллельную работу.