16. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы: системы охлаждения, условные буквенно-цифровые обозначения, регулирование напряжения.

Трансформатор(от лат. transformo —«преобразовывать») —это статическоеэлектромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Автотрансформаторы

Для передачи электрической энергии с незначительным изменением напряжения и тока применяются автотрансформаторы, у которых, в отличие от обычного трансформатора, обмотки имеют не только магнитные, но и электрические связи(применяются в электроустановках 220-500 кВ).

Условные буквенно-цифровыеобозначения Т и АТ

Слева направо:

1) Вид(А-автотрансформатор, без обозначения –трансформатор);

2) Число фаз (О –однофазный, Т –трехфазный);

3) Наличие расщепленной обмотки низшего напряжения –Р;

4) Условное обозначение видов охлаждения;

5) Число обмоток (без обозначения –двухобмоточный, Т –трехобмоточный);

6) Наличие системы регулирования напряжения –Н;

7) Исполнение(З –защищенное, Г –грозоупорное, У –усовершенствованное, Л –с литой изоляцией);

8) Специфическая область применения (С –для систем собственных нужд электростанций, Ж –для электрификации железных дорог);

9) Номинальная мощность, кВА;

10) Класс напряжения обмотки ВН, кВ;

11) Климатическое исполнение;

12) Категория размещения.

Виды охлаждения трансформаторов:

а) масляные трансформаторы:

М—естественная циркуляция воздуха и масла;

Д—принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла;

МЦ—естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла;

НМЦ—естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла;

ДЦ—принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла;

НДЦ—принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла;

Ц—принудительная циркуляция воды и масла и ненаправленным потоком масла (в охладителях вода движется по трубам, а масло —в межтрубном пространстве, разделенном перегородками);

НЦ—принудительная циркуляция воды и масла с направленным потоком масла;

б) трансформаторы с жидким негорючим диэлектриком:

Н—естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком;

НД—охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха;

ННД—охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха и направленным потоком жидкого диэлектрика;

в) сухие трансформаторы:

С—естественное воздушное при открытом исполнении;

СЗ—естественное воздушное при защищенном исполнении;

СГ—естественное воздушное при герметичном исполнении;

СД—воздушное с принудительной циркуляцией воздуха;

Примеры

ТСЗ-100/10-УЗ–трансформатор трехфазный сухой с естественным воздушным охлаждением при защищенном исполнении, двухобмоточный, мощностью 100 кВ·А, класса напряжения 10 кВ, исполнения У категория 3 по ГОСТ 15150-69

ТМН-2500/110-У1–трансформатор трехфазный масляный с охлаждением при естественной циркуляции воздуха и масла, двухобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 2500 кВ·А, класса напряжения 110 кВ, исполнения У категория 1 по ГОСТ 15150-69

АТДЦТН-20000/330/110-У1–автотрансформатор трехфазный масляный с охлаждением при принудительной циркуляции воздуха и масла с ненаправленным потоком масла, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 20000 кВ·А, класса напряжения обмотки ВН -330 кВ, класса напряжения обмотки СН -110 кВисполнения У категория 1 по ГОСТ 15150-69

Регулирование напряжения трансформаторов

Регулирование напряжения трансформаторов осуществляется за счет изменения коэффициента трансформации:

𝑛=𝑈1𝑈2=𝜔1𝜔2

𝑈2=𝑈1∙𝜔2𝜔1

Если обмотки трансформатора выполнить с отпайками(ответвлениями), то можно изменять число витков (коэффициент трансформации) и вторичное напряжение.

Переключение ответвлений обмоток трансформатора может производиться:

1) при отключенномот сети состоянии:ПБВ–переключение без возбуждения

2) в процессе работы трансформатора автоматически:РПН–регулирование под нагрузкой.

ПБВ

Устройства ПБВобеспечивают регулирование напряжения в пределах ±5%.

Для этого обмотки со стороны ВН имеют 2 (-5; 0; +5 %) или 4 (-5; -2.5; 0; +2.5; +5 %) ответвления.

Переключатель осуществляет регулирование одновременно в трех фазах или в каждой фазе отдельно.

Если трансформатор работал на выводе (𝑋2𝑌2𝑍2), то переключают ответвления на (𝑋1𝑌1𝑍1),уменьшая 𝜔1. При этом коэф. тр-цииувеличивается и повышается вторичное напряжение 𝑈2.

𝑈2=𝑈1∙𝜔2𝜔1

1 –неподвижный контакт; 2 –сегмент контактный; 3 –вал переключателя

Сезонное регулирование напряжения посредством ПБВ

Переключения ПБВ вручную производятся несколько раз в год, осуществляя сезонное регулирование напряжения.

Зимойнагрузки увеличиваются, увеличиваются потери напряжения в сетях и понижается напряжение у потребителей. А –Поэтому ПБВ переключают на крайнюю отпайку -5%. Летом–на отпайку +5%. Могут быть промежуточные положения (при четырех отпайках).

РПН

Устройства РПНпозволяют автоматически регулировать напряжение без перерыва нагрузки и без отключения от сети: ±10%ступенямипо1.5%или ±16%ступенямипо1.5%.

Отпайки выполняют на стороне ВН (легче осуществить, т.к. ток ВН меньше).

Переход с одного ответвления регулировочной обмотки на другое осуществляется так, чтобы не разрывать ток нагрузки и не замыкать накоротко витки этой обмотки.Это достигается в специальных переключающих устройствах с тиристорнымипереключателями.

Ab–основная обмотка;

bc–ступень грубой регулировки;

de –ступень плавной (тонкой) регулировки;

П –переключатель;

И –избиратель.

Наибольший коэф. тр-цииполучается, если П в положении II, а И –ответвлении 6.

Наименьший коэф. тр-цииполучается, если П в положении I, а И –ответвлении 1.

17.Электрическая дуга. Условия гашения электрической дуги.Размыкание электрической цепи при наличии в ней тока сопровождается электрическим разрядом между контактами. Если в отключаемой цепи ток и напряжение между контактами больше, чем критические для данных условий, то между контактами возникает дуга, продолжительность горения которой зависит от параметров цепи и условий деионизации дугового промежутка. Суть ее заключается в том, что электроны, вырванные из катода силами электрического поля (автоэлектронная эмиссия) или за счет нагрева катода (термоэлектронная эмиссия), разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Если этой энергии достаточно, чтобы оторвать один электрон с оболочки нейтрального атома, то произойдет ионизация. Образовавшиеся свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги. Проводимость плазмы приближается к проводимости металлов [у= 2500 1/(Ом×см)]/ В стволе дуги проходит большой ток и создается высокая температура. Высокие температуры в стволе дуги приводят к интенсивной термоионизации, которая поддерживает большую проводимость плазмы.Термоионизация - процесс образования ионов за счет соударения молекул и атомов, обладающих большой кинетической энергией при высоких скоростях их движения.Чем больше ток в дуге, тем меньше ее сопротивление, а поэтому требуется меньшее напряжение для горения дуги, т. е. дугу с большим током погасить труднее.

При переменном токе напряжение источника питания ucд меняется синусоидально, так же меняется ток в цепи i (рис. 2), причем ток отстает от напряжения примерно на 90°. Напряжение на дуге uд, горящей между контактами выключателя, непостоянно. При малых токах напряжение возрастает до величины uз (напряжения зажигания), затем по мере увеличения тока в дуге и роста термической ионизации напряжение падает. В конце полупериода, когда ток приближается к нулю, дуга гаснет при напряжении гашения uг. В следующий полупериод явление повторяется, если не приняты меры для деионизации промежутка.

Способы гашения электрической дуги

Чтобы погасить дугу постоянного тока, необходимо создать такие условия, при которых в дуговом промежутке при всех значениях тока от начального до нулевого процессы деионизации превосходили бы процессы ионизации. Независимо от способа гашения дуги постоянного тока в ней выделится энергия, запасенная в магнитном поле отключаемой цепи, плюс еще какая-то доля энергии, которая поступит от генератора за время горения дуги (в устойчиво горящей дуге вся выделяющаяся в ней энергия поступает от генератора).

При переменном токе, ток в дуге независимо от степени ионизации дугового промежутка переходит через нуль каждый полупериод, т.е. каждый полупериод дуга гаснет и зажигается вновь. Задача гашения дуги несколько облегчается. Здесь необходимо создать условия, при которых ток не восстановился бы после прохождения через нуль. При переменном токе температура дуги является величиной переменной. Однако тепловая инерция газа оказывается довольно значительной, и в момент перехода тока через нуль температура дуги не падает до нуля и остается достаточно высокой. Все же имеющее место снижение температуры дуги при переходе тока через нуль способствует деионизации промежутка и облегчает гашение.

Для гашения электрической дуги необходимо создать условия, при которых падение напряжения на дуге превосходило бы напряжение сети. Гасить дугу можно:

увеличивая ее длину (растягивая);

воздействуя на ее ствол и добиваясь повышения продольного градиента напряжения и в) используя околоэлектродные падения напряжения.

Отключающие аппараты имеют обычно два электрода, и для использования околоэлектродных падений напряжения необходимо создать дугогасительные устройства со многими электродами. Такие устройства получили название дугогасительных решёток. Существует много способов гашения электрической дуги:

гашение открытой дуги в магнитном поле;

гашение электрической дуги высоким давлением;

гашение электрической дуги в масле;

гашение электрической дуги воздушным дутьём;

гашение дуги в дугогасительной решётке;

использование контактной системы с тиристорным блоком бездугового отключения.