Учебное пособие 800401

пускается устанавливать на высоте 1,2 м барьер (для осмотра трансформатора с порога, без захода в камеру).

В камерах трансформаторов могут устанавливаться относящиеся к ним разъединители, предохранители и выключатели нагрузки, разрядники и дугогасящие заземляющие реакторы, а также оборудование системы охлаждения.

Каждая камера масляных трансформаторов должна иметь отдельный выход наружу или в смежное помещение с несгораемым полом, стенами и перекрытием, не содержащее огнеопасных и взрывоопасных предметов, аппаратов и производств.

Расстояние по горизонтали от дверного проема трансформаторной камеры встроенной или пристроенной подстанции до проема ближайшего окна или двери помещения должно быть не менее 1 м.

Выкатка трансформаторов мощностью более 0,1 MBА из камер во внутренние проезды шириной менее 5 м между зданиями не допускается. Это требование не распространяется на камеры, выходящие в проходы и проезды внутри производственных помещений.

Вентиляционная система камер трансформаторов должна обеспечивать отвод выделяемой ими теплоты и не должна быть связана с другими вентиляционными системами.

Стенки вентиляционных каналов и шахт должны быть выполнены из несгораемых материалов и должны иметь предел огнестойкости не менее 0,75 ч.

Вентиляционные шахты и проемы должны быть расположены таким образом, чтобы в случае образования или попадания в них влаги она не могла стекать на трансформаторы, либо должны быть применены меры для защиты трансформатора от попадания влаги из шахты.

Вентиляционные проемы должны быть закрыты сетками с размером ячейки 1x1 см и защищены от попадания через них дождя и снега.

Вытяжные шахты камер трансформаторов, пристроен-

31

ных к зданиям с несгораемыми стенами, но имеющим кровлю из сгораемого материала, должны быть отнесены от стен здания не менее чем на 1,5 м, или же конструкции кровли из сгораемого материала должны быть защищены парапетом из несгораемого материала высотой не менее 0,6 м. Вывод шахт выше кровли здания в этом случае не обязателен.

Отверстия вытяжных шахт не должны располагаться против оконных проемов зданий. При устройстве выходных вентиляционных отверстий непосредственно в стене камеры они не должны располагаться под выступающими элементами кровли из сгораемого материала или под проемами в стене здания, к которому камера примыкает.

Если над дверью или выходным вентиляционным отверстием камеры трансформатора имеется окно, то под окном следует устраивать козырек из несгораемого материала с вылетом не менее 0,7 м. Длина козырька должна быть больше ширины окна не менее чем на 0,8 м в каждую сторону.

Трансформаторы с искусственным охлаждением должны быть снабжены устройствами для автоматического пуска и останова устройства системы охлаждения.

Автоматический пуск должен осуществляться в зависимости от температуры верхних слоев масла или температуры обмотки и независимо от этого по току нагрузки трансформатора.

При применении выносных охладительных устройств или устройств охлаждения системы с дутьем и принудительной циркуляцией масла (ДЦ) они должны размещаться так, чтобы не препятствовать выкатке трансформатора с фундамента и допускать проведение их ремонта при работающем трансформаторе. Поток воздуха от вентиляторов дутья не должен быть направлен на бак трансформатора.

Расположение задвижек охладительных устройств должно обеспечивать удобный доступ к ним, возможность отсоединения трансформатора от системы охлаждения или отдельного охладителя от системы и выкатки трансформатора без слива масла из охладителей.

32

Охладительные колонки и другое оборудование в системе масляно-водного охлаждения с принудительной циркуляцией масла (Ц) должны располагаться в помещении, температура в котором не снижается ниже плюс 5 °С.

В необходимых случаях должно быть предусмотрено отопление.

Внешние маслопроводы систем охлаждения ДЦ и Ц должны выполняться из нержавеющей стали или материалов, устойчивых против коррозии.

Расположение маслопроводов около трансформатора не должно затруднять обслуживание трансформатора и охладителей и должно обеспечивать минимальную работу при выкатке трансформатора. При необходимости должны быть предусмотрены площадки и лестницы, обеспечивающие удобный доступ к задвижкам и вентиляторам дутья.

Для контроля работы маслонасосов системы ДЦ и Ц и водяных насосов у каждого насоса должен быть предусмотрен манометр. При наличии сетчатых фильтров манометры должны устанавливаться на входе масла в фильтр и выходе из фильтра.

При выносной системе охлаждения, состоящей из отдельных охладителей, все размещаемые в один ряд одиночные или сдвоенные охладители должны устанавливаться на общий фундамент.

Групповые охладительные установки могут размещаться как непосредственно на фундаменте, так и на рельсах, уложенных на фундамент, если предусматривается выкатка этих установок на своих катках.

Шкафы управления электродвигателя систем охлаждения ДЦ, Ц и системы охлаждения с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) должны устанавливаться за пределами маслоприемника. Навешивание шкафа управления на бак трансформатора допускается, если шкаф и устанавливаемое в нем оборудование рассчитаны на работу в условиях вибрации, создаваемой трансформатором.

Трансформаторы с искусственным охлаждением долж-

33

ны быть снабжены сигнализацией о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды или остановке вентиляторов дутья, а также об автоматическом включении резервного охладителя или резервного источника питания.

Для шкафов приводов устройств регулирования напряжения под нагрузкой должен быть предусмотрен электрический подогрев с автоматическим управлением.

Адсорберы, предназначенные для очистки масла в трансформаторах и устанавливаемые в системе охлаждения Ц, должны размещаться в помещении, причем должна быть обеспечена возможность замены адсорбента на месте.

Эластичные резервуары азотной защиты масла трансформаторов должны быть защищены от солнечного излучения и от воздействия температуры ниже минус 35 °С.

Для ремонта без разборки активной части трансформаторов до 330 кВ при массе кожуха или выемной части не более 25 т должны быть предусмотрены совмещенные порталы либо должна быть обеспечена возможность подъема кожуха или активной части трансформатора передвижными кранами или инвентарными устройствами. При этом должна быть обеспечена возможность откатки кожуха или активной части и установки инвентарного устройства (шатра) для закрытия активной части.

Стационарные устройства для ремонта трансформаторов без разборки активной части (башни, оборудованные мостовыми кранами) должны предусматриваться:

а) на подстанциях 500 кВ и на подстанциях 330 кВ с трансформаторами 200 MBА и более, расположенных в труднодоступных или удаленных местах, с которых нецелесообразна отправка трансформаторов на ремонтные заводы;

б) на ОРУ электростанций при установке на них трансформаторов, если трансформаторы невозможно доставить на монтажную площадку гидроэлектростанции или ремонтную площадку машинного зала тепловой электростанции.

При наличии на подстанциях до 330 кВ трансформаторов без съемного кожуха с массой выемной активной части бо-

34

лее 25 т для ремонта должны быть предусмотрены стационарные или инвентарные грузоподъемные устройства, связанные с фундаментом трансформатора железнодорожным путем.

При открытой установке трансформаторов вдоль машинного зала электростанции должна быть обеспечена возможность перекатки трансформатора к месту ремонта без разборки трансформатора, снятия вводов и разборки поддерживающих конструкций токопроводов, порталов, шинных мостов и т. п.

Для демонтажа и монтажа узлов трансформатора и системы охлаждения должен быть обеспечен подъезд автокранов соответствующей грузоподъемности и длины стрелы или должны быть предусмотрены другие способы механизации монтажных работ на месте установки трансформатора.

Грузоподъемность крана в трансформаторной башне должна быть рассчитана на массу кожуха трансформатора [1].

УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП РАБОТЫ И УРАВНЕНИЯ ОДНОФАЗНОГО СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Принцип работы трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из двух или нескольких обмоток, связанных электромагнитно. Для усиления магнитной связи, обмотки располагаются на стальном сердечнике, как показано на рис. 1.1.

Если к одной обмотке подвести напряжение U1, то в ней возникнет ток i1, и в сердечнике возбуждается изменяющийся магнитный поток Ф, который индуктирует в обмотках ЭДС e1 и e2, условно положительные направления ЭДС, и потока, наводящего эти ЭДС, связаны правилом правого ходового винта или буравчика. Если вторичную обмотку замкнуть на сопротивление нагрузки ZН, то возникает ток i2, который создает свой магнитный поток. В результате в сердечнике возникает общий магнитный поток Ф, сцепленный с витками обеих обмоток, который называется основным или рабочим.

35

Рис. 1.1. Принцип работы трансформатора [2]

Кроме основного магнитного потока токи обмоток i1 и i2 создают магнитные поля рассеяния Фσ1 и Фσ2, сцепленные только с одной обмоткой.

Обмотка трансформатора к которой подводится энергия из системы называется первичной. От другой энергия отводится к потребителю – она называется вторичной. Все величины, относящие к первичной обмотке называются первичными и обозначаются индексом 1, а относящие к вторичной обмотке – вторичными и обозначаются индексом 2.

В общем случае U1≠U2. При U2>U1 – трансформатор называется повышающим; при U1<U2 – трансформатор называется понижающим. Трансформатор, имеющий две обмотки (одну первичную и одну вторичную) называется двухобмоточным. С тремя и более обмотками называется трехобмоточным или многообмоточным.

Обмотка, присоединенная к сети с более высоким напряжением, называется обмоткой внысокого напряжения (ВН). Обмотка, присоединённая к сети меньшего напряжения, называется обмоткой низкого напряжения (НН).

Передача электрической энергии из первичной обмотки

36

трансформатора во вторичную осуществляется посредством переменного магнитного поля. В первичной обмотке происходит преобразование электрической энергии, потребляемой из сети, в энергию магнитного поля, а в вторичной – преобразование энергии магнитного поля в электрическую энергию, отдаваемую нагрузке [2].

Трансформаторы, которые преобразуют однофазный ток, называются однофазными, в случае преобразования трехфазного тока – трехфазными.

Работа трансформатора основывается на принципе электромагнитного взаимодействия двух или большего числа обмоток, неподвижных друг относительно друга, как это показано на рис. 1.1. Пусть u1 – мгновенное значение напряжения, подводимое к первичной обмотке частоты f1. Под влиянием u1 в первичной обмотке возникает ток i1 и в сердечнике возбуждается изменяющийся магнитный поток Ф, который индуктирует в обмотках трансформатора ЭДС e1 и e2. При замыкании вторичной обмотки на сопротивление нагрузки ZН возникает ток i2, который возбуждает свой магнитный поток. В результате в сердечнике трансформатора создается общий магнитный поток Ф, сцепленный с витками обеих обмоток, который называется основным или рабочим потоком. Он индуктирует в обмотке ЭДС

e1 W1 ddtФ ddt10 ; e2 W2 ddtФ d dt20 .

Здесь Ψ10, Ψ20 – потокосцепления обмоток, созданные основным магнитным потоком.

Кроме основного потока, токи обмоток создают так называемые поля рассеивания. Эти поля сцеплены с витками только одной обмотки – первичной Фσ2 или вторичной Фσ1 .

Поля рассеяния замыкаются в основном помимо сердечника, поэтому можно считать, что индуктивности рассеяния посто-

янны: Lσ1 const ; Lσ2 const . 37

Поля рассеяния индуктируют в обмотках ЭДС

Согласно второму закону Кирхгофа, уравнения равновесия напряжений для обмотки трансформатора можно записать в виде:

1 L1 i1 M12 i2 ;

2 L2 i2 M21 i1 ,

где L1 и L2 – полные индуктивности обмоток, M12=M21=M – взаимоиндуктивности между обмотками. Далее, предполагая, что L1, L2 и M=const, получим сле-

дующие уравнения

u1 L1 didt1 M didt2 r1 i1 ; u2 L2 didt2 M didt1 r2 i2 .

Эти уравнения называются уравнениями напряжения трансформатора.

Токи в обмотках трансформатора создают МДС W1∙i1 и W2∙i2. Согласно второго закона Кирхгофа, в применении к маг-

38

нитной цепи можно написать

W1∙i1+W2∙i2 = W1∙io ,

где W1∙io – намагничивающая составляющая МДС, идущая на создание в сердечнике основного магнитного потока Ф. Это уравнение называется уравнением МДС.

Если напряжения, ЭДС и токи изменяются по синусоидальному закону, то действующие их значения можно изобра-

зить комплексами U, E и I . В этом случае уравнение для ЭДС от полей рассеяния можно записать так

где z1=r1+j·x1; z2=r2+j·x2.

Тогда можно записать и уравнения

U j ω L1 I1 j ω M I2 r1 I1 ; U2 j ω L2 I2 j ω M I1 r2 I2 .

Уравнение МДС в этом случае примет вид

W1 I1 W2 I2 W1 I0 .

39

ПРИВЕДЕННЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

В общем случае W1 W2, следовательно, и E1 E2 и I1 I2. Это затрудняет сопоставление и количественный учет процессов, происходящих в обмотках трансформатора, особенно при больших коэффициентах трансформации. Чтобы избежать этого действительный трансформатор заменяется приведенным, когда обе обмотки приводят к одному числу витков. Обычно вторичную обмотку приводят к первичной. Для этого действительную вторичную обмотку заменяют приведенной с числом витков, равным W1. Режим работы трансформатора от приведения не изменяется.

Все величины, относящиеся к приведенной вторичной обмотке, называются приведенными и обозначаются теми же символами, что и действительные величины, но со штрихом

внутренняя мощность вторичной обмотки остается без измене-

ной обмотки определяется из условия, что потери в обмотке оста-

5. для того, чтобы режим работы трансформатора не изменился, в таком же отношении должно измениться и x2, таким

Аналогично приводятся активные и реактивные сопротивления нагрузки, включаемой во вторичную обмотку [2].

40