Силовые трансформаторы - устройство и принцип действия

Содержание

Назначение, устройство и принцип действия автотрансформаторов

В некоторых случаях бывает необходимо изменять напряжение в небольших пределах. Это проще всего сделать не двухобмоточными трансформаторами, а однообмоточными, называемыми автотрансформаторами. Если коэфициент трансформации мало отличается от единицы, то разница между величиной токов в первичной и во вторичной обмотках будет невелика. Что же произойдет, если объединить обе обмотки? Получится схема автотрансформатора (рис.

Автотрансформаторы относят к трансформаторам специального назначения. Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов тем, что у них обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, т. цепи этих обмоток имеют не только магнитную, но и гальваническую связь.

В зависимости от включения обмоток автотрансформатора можно получить повышение или понижение напряжения.

Рис. 1 Схемы однофазных автотрансформаторов: а — понижающего, б — повышающего.

Если присоединить источник переменного напряжения к точкам А и Х, то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток. В каждом из витков обмотки будет индуктироваться ЭДС одной и той же величины. Очевидно, между точками а и Х возникнет ЭДС, равная ЭДС одного витка, умноженной на число витков, заключенных между точками а и Х.

Если присоединить к обмотке в точках a и Х какую-нибудь нагрузку, то вторичный ток I2 будет проходить по части обмотки и именно между точками a и Х. Но так как по этим же виткам проходит и первичный ток I1, то оба тока геометрически сложатся, и по участку aХ будет протекать очень небольшой по величине ток, определяемый разностью этих токов. Это позволяет часть обмотки сделать из провода малого сечения, чтобы сэкономить медь. Если принять во внимание, что этот участок составляет большую часть всех витков, то и экономия меди получается весьма ощутимой.

Таким образом, автотрансформаторы целесообразно использовать для незначительного понижения или повышения напряжения, когда в части обмотки, являющейся общей для обеих цепей автотрансформатора, устанавливается уменьшенный ток что позволяет выполнить ее более тонким проводом и сэкономить цветной металл. Одновременно с этим уменьшается расход стали на изготовление магнитопровода, сечение которого получается меньше, чем у трансформатора.

В электромагнитных преобразователях энергии — трансформаторах — передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнитопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками.

Трансформатор и автотрансформатор

Автотрансформаторы успешно конкурируют с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации — мало отличается от единицы и но более 1,5 — 2. При коэффициенте трансформации свыше 3 автотрансформаторы себя не оправдывают.

В конструктивном отношении автотрансформаторы практически не отличаются от трансформаторов. На стержнях магнитопровода располагаются две обмотки. Выводы берутся от двух обмоток и общей точки. Большинство деталей автотрансформатора в конструктивном отношении не отличаются от деталей трансформатора.

Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы)

Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР). В таких автотрансформаторах регулирование напряжения осуществляется при перемещении скользящего контакта по виткам обмотки.

Лабораторные регулируемые однофазные автотрансформаторы состоят из кольцеобразного ферромагнитного магнитопровода, обмотанного одним слоем изолированного медного провода (рис.

От этой обмотки сделано несколько постоянных ответвлений, что позволяет использовать эти устройства как понижающие или повышающие автотрансформаторы с определенным постоянным коэффициентом трансформации. Кроме того, на поверхности обмотки, очищенной от изоляции, имеется узкая дорожка, по которой перемещают щеточный или роликовый контакт для получения плавно регулируемого вторичного напряжения в пределах от нуля до 250 В.

При замыкании соседних витков в ЛАТР не происходит витковых замыканий, так как токи сети и нагрузки в совмещенной обмотке автотрансформатора близки друг к другу и направлены встречно.

Лабораторные автотрансформаторы изготовляют номинальной мощностью 0,5; 1; 2; 5; 7,5 кВА.

Схема лабораторного регулируемого однофазного автотрансформатора

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Наряду с однофазными двухобмоточными автотрансформаторами часто применяются трехфазные двухобмоточные и трехфазные трехобмоточные автотрансформаторы.

В трехфазных автотрансформаторах фазы обычно соединяют звездой с выведенной нейтральной точкой (рис. При необходимости понижения напряжения электрическую энергию подводят к зажимам А, В, С и отводят от зажимов а, b, с, а при повышении напряжения — наоборот. Их применяют в качестве устройств для снижения напряжения при пуске мощных двигателей, а также для ступенчатого регулирования напряжения на зажимах нагревательных элементов электрических печей.

Рис. Схема трехфазного автотрансформатора с соединением фаз обмотки звездой с выведенной нейтральной точкой

Трехфазные высоковольтные трехобмоточные трансформаторы используются также в высоковольтных электрических сетях.

Трехфазные автотрансформаторы, как правило, на стороне высшего напряжения соединяются в звезду с нулевым проводом. Соединение в звезду обеспечивает снижение напряжения, на которое рассчитывается изоляция автотрансформатора.

Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.

Недостатком автотрансформатора является необходимость выполнения изоляции обеих обмоток на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь.

Существенный недостаток автотрансформаторов — гальваническая связь между первичной и вторичной цепями, что не позволяет использовать их в качестве силовых в сетях 6 — 10 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди.

При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в автотрансформаторе высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего. При этом все части эксплуатируемой установки окажутся соединенными с высоковольтной частью, что не допускается по условиям безопасности обслуживания и из-за возможности пробоя изоляции токопроводящих частей присоединенного электрооборудования.

Назначение, классификация, номинальные данные трансформаторов

Трансформаторы — приборы, служащие для преобразования электрических токов одного напряжения в токи другого напряжения

Основное назначение трансформаторов — изменять напряжение переменного тока. Трансформаторы применяются также для преобразования числа фаз и частоты. Наибольшее распространение имеют силовые трансформаторы напряжения, которые выпускаются электротехнической промышленностью на мощности свыше миллиона киловольтампер и на напряжения до 1150–1500 кВ.

Для передачи и распределения электрической энергии необходимо повысить напряжение турбогенераторов и гидрогенераторов, установленных на электростанциях, с 16–24 кВ до напряжений 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ, используемых в линиях передачи, а затем снова понизить до 35, 10, 6, 3, 0,66, 0,38 и 0,22 кВ, чтобы использовать энергию в промышленности, сельском хозяйстве и быту.

Силовые трансформаторы выпускаются в основном на частоту 50 Гц.

Трансформаторы малой мощности широко используют в различных электротехнических установках, системах передачи и переработки информации и других устройствах.

По числу фаз трансформаторы делятся на одно-, двух-, трехи многофазные. Силовые трансформаторы выпускаются в основном в трехфазном исполнении.

Трансформаторы имеют две или несколько обмоток, индуктивно связанных друг с другом. Обмотки, потребляющие энергию из сети, называются первичными. Обмотки, отдающие электрическую энергию потребителю, называются вторичными.

Многофазные трансформаторы имеют обмотки, соединенные в многолучевую звезду или многоугольник. Трехфазные трансформаторы имеют соединение в трехлучевую звезду и треугольник.

По конструкции силовые трансформаторы делят на масляные и сухие (рис.

В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками находится в баке, заполненном трансформаторным маслом, которое является хорошим изолятором и охлаждающим агентом.

Рис. Трансформатор сухого типа изоляции

Сухие трансформаторы охлаждаются воздухом. Они применяются в жилых и промышленных помещениях, в которых эксплуатация масляного трансформатора нежелательна. Трансформаторное масло является горючим, и при нарушении герметичности бака масло может повредить другое оборудование.

Повышающие и понижающие трансформаторы

В зависимости от соотношения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформаторы делятся на повышающие и понижающие:

— в повышающем трансформаторе первичная обмотка имеет низкое напряжение, а вторичная — высокое;

— в понижающем трансформаторе, наоборот, вторичная обмотка имеет низкое напряжение, а первичная — высокое.

Трансформаторы, имеющие одну первичную и одну вторичную обмотки, называются двухобмоточными. Достаточно широко распространены трехобмоточные трансформаторы, имеющие на каждую фазу три обмотки, например, две на стороне низкого напряжения, одну — на стороне высокого напряжения или наоборот. Многофазные трансформаторы могут иметь несколько обмоток высокого и низкого напряжения.

Номинальные данные трансформаторов

Номинальные данные трансформатора, на которые он рассчитан с заводской гарантией на 25 лет, указываются в паспортной табличке трансформатора:

— номинальная полная мощность Sном, кВА;

— номинальное линейное напряжение Uл. ном, В или кВ;

— номинальный линейный ток Iл. ном. , А;

— номинальная частота f, Гц;

— число фаз;

— схема и группа соединения обмоток;

— напряжение короткого замыкания Uк, %;

— режим работы;

— способ охлаждения, дата изготовления.

В табличке приводятся также данные, необходимые для монтажа: полная масса, масса масла, масса выемной (активной) части трансформатора. Указываются тип трансформатора в соответствии с ГОСТ на марки трансформаторов и завод-изготовитель.

Номинальная мощность однофазного трансформатора определяется по формуле: Sном = U1ном·I1ном, a трехфазного

где U1л. ном, U1ф. ном, I1л. ном и I1ф. ном— соответственно номинальные линейные и фазные значения напряжений и токов.

Номинальными напряжениями трансформатора являются линейные напряжения при холостом ходе на первичной и вторичной обмотках трансформатора. За номинальные токи первичной и вторичной обмоток трансформатора принимаются токи, рассчитанные по номинальной мощности при номинальных первичных и вторичных напряжениях.

Автотрансформаторы

Назначение и устройство автотрансформаторов

Наряду с трансформаторами широко применяются автотрансформаторы, в которых имеется электрическая связь между первичной и вторичной обмотками. Мощность из одной обмотки автотрансформатора в другую передается как магнитным полем, так и за счет электрической связи. Автотрансформаторы строятся на большие мощности и высокие напряжения и применяются в энергосистемах, а также используются для регулирования напряжения в установках небольшой мощности.

Примечание. Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов тем, что у них обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, т. цепи этих обмоток имеют не только магнитную, но и гальваническую связь.

Принцип действия автотрансформаторов

В зависимости от включения обмоток автотрансформатора можно получить повышение или понижение напряжения (рис.

Если присоединить источник переменного напряжения к точкам А (a) и Х (x) (рис. 2), то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток. В каждом из витков обмотки будет индуктироваться ЭДС одной и той же величины. Очевидно, между точками а и Х возникнет ЭДС, равная ЭДС одного витка, умноженной на число витков, заключенных между точками а и Х.

Рис. Схемы однофазных автотрансформаторов: а — понижающего; б — повышающего

Примечание. Автотрансформаторы успешно конкурируют с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации мало отличается от единицы и не более 1,5. При коэффициенте трансформации свыше 3 автотрансформаторы себя не оправдывают. Их минус — наличие гальванической связи нагрузки с питающей сетью.

Лабораторные автотрансформаторы (латры)

Автотрансформаторы применяются в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР). В таких автотрансформаторах регулирование напряжения осуществляется при перемещении скользящего контакта по виткам обмотки.

поверхности обмотки, очищенной от изоляции, имеется узкая дорожка, по которой по окружности тороидального сердечника перемещают щеточный или роликовый контакт для получения плавно регулируемого вторичного напряжения в пределах от нуля до 250 В (рис.

Лабораторные автотрансформаторы изготовляют номинальной мощностью 0,5; 1; 2; 5; 7,5 кВА.

Рис. Схема лабораторного регулируемого однофазного автотрансформатора

Примечание. При замыкании соседних витков в ЛАТР не происходит витковых замыканий, так как токи сети и нагрузки в совмещенной обмотке автотрансформатора близки друг к другу и направлены встречно.

Наряду с однофазными двухобмоточными автотрансформаторами часто применяются трехфазные двухи трехобмоточные автотрансформаторы.

Существенный недостаток автотрансформаторов — гальваническая связь между первичной и вторичной цепями, что не позволяет использовать их в качестве силовых в сетях 6–10 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди.

Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов

Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки — высшего и низшего напряжения, в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы. Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами A, B, С, конечные выводы — X, Y, Z, а для аналогичных выводов фаз обмотки низшего напряжения применяют обозначения: a, b, c, x, y, z.

В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяют

— либо в звезду — ;

— либо в треугольник — (рис.

Рис. Включение обмоток трансформатора в звезду и треугольник

Выбор схемы соединений зависит от условий работы трансформатора. Например, в сетях с напряжением 35 кВ и более выгодно соединять обмотки в звезду и заземлять нулевую точку, так как при этом напряжение проводов линии передачи будет в раз меньше линейного, что приводит к снижению стоимости изоляции.

Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора находят как соотношение фазных напряжений при холостом ходе:

nф = Uф внх/Uф ннх,

а линейный коэффициент трансформации, зависящий от фазного коэффициента трансформации и типа соединения фазных обмоток высшего и низшего напряжений трансформатора, по формуле:

nл = Uл внх/Uл ннх.

Если соединений фазных обмоток выполнено по схемам «звездазвезда» ( / ) или «треугольник-треугольник» ( / ), то оба коэффициента трансформации одинаковы, т.

nф = nл.

При соединении фаз обмоток трансформатора по схеме:

— «звезда-треугольник» (/ )
— nл = nф.

— «треугольник-звезда» ( / )
— nл = nф/ ;

Группы соединений обмоток трансформатора

Группа соединений обмоток трансформатора характеризует взаимную ориентацию напряжений первичной и вторичной обмоток. Изменение взаимной ориентации этих напряжений осуществляется соответствующей перемаркировкой начал и концов обмоток.

Рассмотрим cначала влияние надписи на фазу вторичного напряжения по отношению к первичному на примере однофазного трансформатора (рис. 6, а).

Обе обмотки расположены на одном стержне и имеют одинаковое направление намотки. Будем считать верхние клеммы началами, а нижние — концами обмоток. Тогда ЭДС Е1 и E2 будут совпадать по фазе и, соответственно, будут совпадать напряжение сети U1 и напряжение на нагрузке U2 (рис. 6, б).

Если теперь во вторичной обмотке принять обратную маркировку зажимов (рис. 6, в), то по отношению к нагрузке ЭДС Е2 меняет фазу на 180°. Следовательно, и фаза напряжения U2 меняется на 180°.

Таким образом, в однофазных трансформаторах возможны две группы соединений, соответствующих углам сдвига 0 и 180°. На практике для удобства обозначения групп используют циферблат часов. Напряжение первичной обмотки U1 изображают минутной стрелкой, установленной постоянно на цифре 12, а часовая стрелка занимает различные положения в зависимости от угла сдвига между U1 и U2. Сдвиг 0 °С соответствует группе 0, а сдвиг 180° — группе 6 (рис.

Рис. Влияние маркировки начал и концов обмоток на фазу вторичного напряжения по отношению к первичному: а — одинаковое направление намотки; б — ЭДС Е1 и E2 совпадают по фазе; в — ЭДС Е2 меняет фазу на 180°

Рис. Циферблат часов для обозначения групп соединений

Рис. Группа соединений обмоток : а — схема соединений; б — векторные диаграммы

В трехфазных трансформаторах можно получить 12 различных групп соединений обмоток. Рассмотрим несколько примеров.

Пусть обмотки трансформатора соединены по схеме / (рис. Обмотки, расположенные на одном стержне, будем располагать одну под другой.

Зажимы А и а соединим для совмещения потенциальных диаграмм. Зададим положение векторов напряжений первичной обмотки треугольником АВС. Положение векторов напряжений вторичной обмотки будет зависеть от маркировки зажимов. Для маркировки на рис. 8, а ЭДС соответствующих фаз первичной и вторичной обмоток совпадают, поэтому будут совпадать линейные и фазные напряжения первичной и вторичной обмоток (рис. 8, б). Схема имеет группу / — 0.

Изменим маркировку зажимов вторичной обмотки на противоположную (рис. 9, а). При перемаркировке концов и начал вторичной обмотки фаза ЭДС меняется на 180°. Следовательно, номер группы меняется на 6. Данная схема имеет группу / — 6.

Рис. Группа соединений обмоток / — 6: а — схема соединений; б — векторные диаграммы

На рис. 10 представлена схема, в которой по сравнению со схемой рис. 8 выполнена круговая перемаркировка зажимов вторичной обмотки (а->b , b->c, с->a). При этом фазы соответствующих ЭДС вторичной обмотки сдвигаются на 120° и, следовательно, номер группы меняется на 4.

Рис. Группа соединений обмоток / — 4: а — схема соединений; б — векторные диаграммы

Схемы соединений / позволяют получить четные номера групп, при соединении обмоток по схеме / номера групп получаются нечетными. В качестве примера рассмотрим схему, представленную на рис. В этой схеме фазные ЭДС вторичной обмотки совпадают с линейными, поэтому треугольник аbс поворачивается на 30° против часовой стрелки по отношению к треугольнику АВС. Но так как угол между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток отсчитывается по часовой стрелке, то группа будет иметь номер 11.

Примечание. Из двенадцати возможных групп соединений обмоток трехфазных трансформаторов стандартизованы две: / — 0 и / — 11. Они, как правило, и применяются на практике.

Рис. Группа соединений обмоток — 0: а — схема соединений; б — векторные диаграммы

Параллельная работа силовых трансформаторов

Условия параллельной работы трансформаторов

При параллельной работе трансформаторов первичные их обмотки присоединяют к общей питающей сети, а вторичные — к общей сети, предназначенной для электроснабжения приемников электрической энергии.

Примечание. Для лучшего использования трансформаторов при параллельной работе необходимо нагрузки распределять между ними прямо пропорционально их номинальным мощностям.

— тождественностью групп соединения обмоток;

— равенством в пределах допусков соответственно номинальных первичных и вторичных напряжений;

l равенством в пределах допусков напряжений короткого замыкания. Нарушение первого условия вызывает появление больших уравнительных токов между обмотками трансформаторов, которые приводят к быстрому чрезмерному их нагреву. Требование равенства соответственно номинальных первичных и вторичных напряжений сводится к установлению равенства коэффициентов трансформации, которые не должны отличаться друг от друга более чем на ±0,5 % их среднего значения во избежание недопустимых уравнительных токов обмоток трансформаторов.

Рис. Схема включения трехфазных трансформаторов для параллельной работы

Различие между напряжениями короткого замыкания трансформаторов при параллельной работе допускают до ±10 % их среднего значения, так как неравенство этих величин вызывает перегрузку тех трансформаторов, у которых напряжение короткого замыкания имеет меньшее значение. Помимо этого, рекомендуется, чтобы отношение номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов не превышало 3:1.

При параллельном включении трехфазных трансформаторов нужно, чтобы их одноименные зажимы были присоединены к одному и тому же проводу сети (рис. 12), а перед первоначальным включением проведена фазировка, т. проверка соответствия по фазе вторичных ЭДС. при подключении первичных обмоток к общей сети.

Распределение нагрузок между трансформаторами, включенными на параллельную работу

Распределение нагрузок S1 и S2 между параллельно работающими трансформаторами (рис. 13) подчинено уравнению

S1/S2 = (S1ном/S2ном) ´ (Uк2*/Uк1*),

где S1ном, S2ном— номинальные мощности; Uк1*, Uк2* — напряжение короткого замыкания трансформаторов, включаемых на параллельную работу.

Некоторое перераспределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами с различными напряжениями короткого замыкания осуществляют изменением их коэффициентов трансформации путем переключения ответвлений первичных обмоток. Переключение необходимо выполнять так, чтобы у недогруженных трансформаторов вторичное напряжение при холостом ходе было выше, чем у трансформаторов, работающих с перегрузкой. В виде исключения допустима параллельная работа трансформаторов с разными коэффициентами трансформации и неодинаковыми напряжениями короткого замыкания при непременном условии, чтобы ни один из трансформаторов не был перегружен сверх установленных норм.

Рис. Параллельная работа трансформаторов разной мощности

Фазировка трансформаторов для включения их на параллельную работу

Как правило, фазировка выполняется на низшем напряжении трансформаторов. На обмотках напряжением до 1000 В фазировка проводится вольтметром на соответствующее напряжение.

Для получения замкнутого электрического контура при выполнении измерений, фазируемые обмотки следует предварительно соединить в одной точке, у обмоток с заземленной нейтралью такой точкой является соединение нейтралей через землю.

У обмоток с изолированной нейтралью перефазировкой соединяют любые два вывода фазируемых обмоток.

При фазировке трансформаторов с заземленными нейтралями (рис. 14, а) — измеряют напряжение между выводом а1 и тремя выводами а2, в2, с2, затем между выводом в1 и этими же тремя выводами, и наконец между с1 и все теми же тремя выводами.

При фазировке трансформаторов без заземленных нейтралей (13. 14, б), последовательно ставят перемычку сначала между выводами а2-а1 и измеряют напряжение между выводами b2-b1 и c2-c1, затем ставят перемычку между выводами b2-b1 и замеряют напряжение между выводами а2-а1 и с2-с1, и наконец ставят перемычку между выводами с2-с1 и замеряют напряжение между выводами а2-а1 и b2-b1.

Для параллельной работы трансформаторов соединяются те выводы, между которыми нет напряжения.

Рис. Схемы фазировки трансформаторов для включения их на параллельную работу: а — с заземленными нейтралями; б — без заземленных нейтралей

Определение коэффициента трансформации силовых трансформаторов

Значение коэффициента трансформации

Коэффициентом трансформации называется отношение напряжения обмотки высокого напряжения (ВН) к напряжению обмотки низкого напряжения (НН) при холостом ходе трансформатора: K=U1/U2. Для трехобмоточных трансформаторов коэффициентом трансформации является отношение напряжений обмоток ВН/СН, ВН/НН и

СН/НН (СН — среднего напряжения).

Значение коэффициента трансформации, в первую очередь, важно при определении тока и напряжения, снимаемого на стороне нагрузки. Так же оно позволяет проверить правильное число витков обмоток трансформатора, поэтому его определяют на всех ответвлениях обмоток и для всех фаз. Эти измерения, кроме проверки самого коэффициента трансформации, дают возможность проверить правильность установки переключателя напряжения на соответствующих ступенях, а также целость обмоток.

Определение коэффициента трансформации

Если трансформатор монтируется без вскрытия и при этом имеется ряд ответвлений, он недоступен для измерений, то определение коэффициента трансформации производится только для доступных ответвлений.

При испытании трехобмоточных трансформаторов коэффициент трансформации достаточно проверить для двух пар обмоток.

Примечание. При этом измерения рекомендуется проводить на тех обмотках, для которых напряжение короткого замыкания наименьшее.

В паспорте каждого трансформатора даются номинальные напряжения обеих обмоток, относящиеся к режиму холостого хода. Поэтому номинальный коэффициент трансформации можно легко определить по их отношению.

Внимание. Измеренный коэффициент трансформации на всех ступенях переключателя ответвлений не должен отличаться более чем на 2 % от коэффициента трансформации на том же ответвлении на других фазах или от паспортных данных, или от данных предыдущих измерений.

В случае более значительного отклонения должна быть выяснена его причина. При отсутствии виткового замыкания трансформатор может быть введен в работу.

Коэффициент трансформации определяют методами:

— двух вольтметров;

— моста переменного тока;

— постоянного тока;

— образцового (стандартного) трансформатора и др.

Метод двух вольтметров

Коэффициент трансформации рекомендуется определять методом двух вольтметров. Принципиальная схема для определения коэффициента трансформации методом двух вольтметров для однофазных трансформаторов дана на рис. 15, а.

При испытании трехфазных трансформаторов одновременно измеряют линейные напряжения, соответствующие одноименным зажимам обеих проверяемых обмоток. Подводимое напряжение не должно превышать номинального напряжения трансформатора и быть чрезмерно малым, чтобы на результаты измерений не могли повлиять ошибки вследствие потери напряжения в обмотках от тока холостого хода и тока, обусловленного присоединением измерительного прибора к зажимам вторичной обмотки.

Подводимое напряжение должно быть от одного (для трансформаторов большой мощности) до нескольких десятков процентов номинального напряжения (для трансформаторов небольшой мощности), если испытания проводятся с целью проверки паспортных данных трансформаторов. В большинстве случаев к трансформатору подводят напряжение от сети 380 В. В случае необходимости вольтметр присоединяется через трансформатор напряжения или включается с добавочным сопротивлением. Классы точности измерительных приборов — 0,2. 0,5.

Рис. Метод двух вольтметров для определения коэффициентов трансформации трансформаторов: а — двухобмоточных; б — трехобмоточных

Примечание. Допускается присоединять вольтметр V1 к питающим проводам, а не к вводам трансформатора, если это не отразится на точности измерений из-за падения напряжения на этих проводах.

При испытании трехфазных трансформаторов симметричное трехфазное напряжение подводят к одной обмотке и одновременно измеряют линейные напряжения на линейных зажимах первичной и вторичной обмоток.

При измерении фазных напряжений допускается определение коэффициента трансформации по фазным напряжениям соответствующих фаз. Проверку коэффициента трансформации производят при однофазном или трехфазном возбуждении трансформатора.

Если коэффициент трансформации был определен на заводеизготовителе, то при монтаже целесообразно измерять те же напряжения. При отсутствии симметричного трехфазного напряжения коэффициент трансформации трехфазных трансформаторов, имеющих схему соединения обмоток / или / , можно определить при помощи фазных напряжений с поочередным закорачиванием фаз.

Для этого одну фазу обмотки (например, фазу А), соединенную в треугольник, закорачивают соединением двух соответствующих линейных зажимов данной обмотки. Затем при однофазном возбуждении определяют коэффициент трансформации оставшейся свободной пары фаз, который при данном методе должен быть равным 2Kф для системы / при питании со стороны звезды (рис. 16) или Kф/2 для схемы / при питании со стороны треугольника (рис. 17), где Kф — фазный коэффициент трансформации.

Аналогичным образом производят измерения при накоротко замкнутых фазах В и С.

При испытании трехобмоточных трансформаторов коэффициент трансформации достаточно проверить для двух пар обмоток (рис. 14, б).

Если у трансформатора выведена нейтраль, доступны все начала и концы обмоток, то определение коэффициента трансформации можно производить для фазных напряжений. Проверку коэффициента трансформации по фазным напряжениям производят при одноили трехфазном возбуждении трансформатора.

Примечание. Для трансформаторов с РПН разница коэффициента трансформации не должна превышать значения ступени регулирования. РПН предназначены для ступенчатого регулирования напряжения силовых понижающих трансформаторов под нагрузкой.

Рис. Определение коэффициентов трансформации трансформатора, соединенного по схеме / , при несимметричном трехфазном напряжении:а — первое измерение; б — второе измерение; в — третье измерение

Коэффициент трансформации при приемосдаточных испытаниях определяется дважды:

— первый раз до монтажа, если паспортные данные отсутствуют или вызывают сомнения;

— второй раз непосредственно перед вводом в эксплуатацию при снятии характеристики холостого хода.

Для ускорения измерения коэффициента трансформации применяется универсальный прибор типа УИКТ-3, которым можно измерить коэффициенты трансформации силовых и измерительных трансформаторов тока и напряжения без применения постороннего источника переменного тока. Одновременно с измерением коэффициента трансформации определяется полярность первичной и вторичной обмоток. Погрешность в измерении не должна превышать 0,5 %

измеряемой величины.

Принцип работы прибора основан на сравнении напряжений, индуктируемых во вторичной и первичной обмотках трансформатора, с падением напряжения на известных сопротивлениях (рис. 18). Сравнение производится по мостовой схеме.

Признаки неисправной работы силовых трансформаторов при эксплуатации

Необходимо проверить нагрузку трансформатора. У трансформаторов с постоянной нагрузкой перегрузку можно установить по амперметрам, у трансформаторов с неравномерным графиком нагрузки — путем снятия суточного графика по току.

Следует иметь в виду, что трансформаторы допускают нормальные перегрузки, зависящие от графика нагрузки, температуры окружающей среды и недогрузки в летнее время. Кроме того, допускаются аварийные перегрузки трансформаторов независимо от предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды.

Допустимые превышения температуры отдельных частей трансформатора и масла над температурой охлаждающей среды, воздуха или воды не должны превышать нормативных значений. Если указанные мероприятия не дают должного эффекта, необходимо разгрузить трансформатор, включив на параллельную работу еще один трансформатор или отключив менее ответственных потребителей.

Высокая температура трансформаторного помещения. Необходимо измерить температуру воздуха в трансформаторном помещении на расстоянии 1,5–2 м от бака трансформатора на середине его высоты. Если эта температура более чем на 8–10 °С превышает температуру наружного воздуха, необходимо улучшить вентиляцию трансформаторного помещения.

Низкий уровень масла в трансформаторе. В данном случае обнаженная часть обмотки и сильно перегревается. Убедившись в отсутствии течи масла из бака, необходимо долить масло до нормального уровня.

Внутренние повреждения трансформатора:

— замыкания между витками, фазами;

— образование короткозамкнутых контуров из-за повреждения изоляции болтов (шпилек), стягивающих активную сталь трансформатора;

— замыкания между листами активной стали трансформатора.

Все эти недостатки при незначительных короткозамкнутых контурах, несмотря на высокую местную температуру, не всегда влияют на повышение общей температуры масла. Развитие этих повреждений ведет к быстрому росту температуры масла.

Ненормальное гудение в трансформаторе

Ослабла прессовка шихтованного магнитопровода трансформатора.

Необходимо подтянуть прессующие болты.

Нарушена прессовка стыков в стыковом магнитопроводе трансформатора. Под влиянием вибрации магнитопровода ослабла затяжка вертикальных болтов, стягивающих стержни с ярмами, это изменило зазоры в стыках, что и вызвало усиленное гудение. Необходимо перепрессовать магнитопровод, заменив прокладки в верхних и нижних стыках листов магнитопровода.

Вибрируют крайние листы магнитопровода трансформатора. Необходимо расклинить листы электрокартоном.

Ослабли болты, крепящие крышку трансформатора и прочие детали. Необходимо проверить затяжку всех болтов.

Трансформатор перегружен или нагрузка фаз отличается значительной несимметричностью. Необходимо устранить перегрузку трансформатора или уменьшить несимметрию нагрузки потребителей.

Возникают замыкания между фазами и витками. Необходимо отремонтировать обмотку.

Трансформатор работает при повышенном напряжении. Необходимо установить переключатель напряжения (при его наличии) в положение, соответствующее повышенному напряжению.

Потрескивание внутри трансформатора

Перекрытие (но не пробой) между обмоткой или отводами на корпус вследствие перенапряжений. Необходимо осмотреть и отремонтировать обмотку.

При обрыве заземления могут происходить разряды обмотки или ее отводов на корпус, что воспринимается как треск внутри трансформатора.

Необходимо восстановить заземление до того уровня, на котором оно было выполнено заводом-изготовителем: присоединить заземление в тех же точках и с той же стороны трансформатора, т. со стороны выводов обмотки низшего напряжения. Однако при неправильном восстановлении заземления в трансформаторе могут возникнуть короткозамкнутые контуры, в которых могут появиться циркулирующие токи.

Пробой обмоток трансформатора и обрыв в них

Пробой обмоток на корпус между обмотками высшего и низшего напряжения или между фазами.

Причины пробоя обмоток трансформатора:

— возникли перенапряжения, связанные с грозовыми явлениями, аварийными или коммутационными процессами;

— резко ухудшилось качество масла (увлажнение, загрязнение и пр

— понизился уровень масла;

— изоляция подверглась естественному износу (старению);

— при внешних коротких замыканиях, а также при замыканиях внутри трансформатора возникли электродинамические усилия.

При перенапряжениях могут происходить не пробои изоляции, а только перекрытия между обмотками, фазами или между обмоткой и корпусом трансформатора. В результате перекрытия обычно происходит лишь оплавление поверхности нескольких витков и появляется копоть на соседних витках, полное электрическое соединение между витками, фазами или же между обмоткой и корпусом трансформатора отсутствует.

Пробой изоляции обмотки трансформатора можно обнаружить мегаомметром. Однако в некоторых случаях, когда в результате перенапряжений на обмотке возникают оголенные места в виде точек (точечный разряд), выявить дефект можно, только испытав трансформатор приложенным или индуктированным напряжением. Необходимо отремонтировать обмотку, а в случае необходимости заменить трансформаторное масло.

Обрывы в обмотках трансформатора. В результате обрыва или плохого контакта происходит оплавление или выгорание части проводника. Дефект обнаруживается по выделению горючего газа в газовом реле и работе реле на сигнал или отключение.

Причины обрывы в обмотках трансформатора:

— плохо выполнена пайка обмотки, дефект провода обмотки, повреждение его изоляции;

— возникли повреждения проводов, соединяющих концы обмоток с выводами;

— при коротких замыканиях внутри и вне трансформатора развиваются электродинамические усилия.

Обрыв можно обнаружить по показаниям амперметров или с помощью мегаомметра.

При соединении обмоток трансформатора треугольником нахождение фазы, имеющей обрыв, производится путем разъединения обмотки в одной точке и испытания каждой фазы трансформатора в отдельности. Обрыв чаще всего происходит в местах изгиба кольца под болт.

Необходимо отремонтировать обмотку. Чтобы предотвратить повторение обрыва в отводах обмотки трансформатора, следует отвод, выполненный круглым проводом, заменить гибким соединением — демпфером, состоящим из набора тонких медных лент сечением, равным сечению провода.

Работа газовой защиты трансформатора

Газовая защита от внутренних повреждений или ненормального режима работы трансформатора в зависимости от интенсивности газообразования срабатывает или на сигнал, или на отключение, или одновременно на то и другое.

Причины срабатывания газовой защиты трансформатора:

— произошли небольшие внутренние повреждения трансформатора, что привело к слабому газообразованию;

— при заливке или очистке масла в трансформатор попал воздух;

— медленно понижается уровень масла из-за снижения температуры окружающей среды или вследствие течи масла из бака.

Газовая защита трансформатора сработала на сигнал и на отключение или только на отключение. Это вызывается внутренними повреждениями трансформатора и другими причинами, сопровождаемыми сильным газообразованием.

Горючесть газа свидетельствует о наличии внутреннего повреждения. Если газы бесцветны и не горят, то причиной действия реле является выделившийся из масла воздух. Цвет выделившегося газа позволяет судить о характере повреждения:бело-серый цвет свидетельствует о повреждении бумаги или картона; желтый — дерева; черный — масла.

Но так как окраска газа может через некоторое время исчезнуть, то его цвет следует определить тут же при его появлении. Снижение температуры вспышки масла также свидетельствует о наличии внутреннего повреждения.

Если причиной действия газовой защиты было выделение воздуха, то его необходимо выпустить из реле. При снижении уровня масло следует долить, отключить газовую защиту от действия на отключение.

При повреждении обмотки необходимо найти место повреждения и произвести соответствующий ремонт. Для этого необходимо вскрыть трансформатор и извлечь сердечник. Замкнутые накоротко витки обмотки можно найти при включении трансформатора со стороны низшего напряжения на пониженное напряжение. Короткозамкнутый контур будет сильно разогрет, и из обмотки появится дым. Этим способом могут быть найдены и другие короткозамкнутые контуры.

Поврежденные места в активной стали могут быть найдены при холостом ходе трансформатора (при вынутом сердечнике). Эти места будут сильно нагреты. При этом испытании напряжение подводят к обмотке низшего напряжения и поднимают с нуля.

Внимание. Обмотка высшего напряжения должна быть предварительно разъединена в нескольких местах во избежание пробоя обмотки (из-за отсутствия масла).

Замыкание между листами активной стали трансформатора и ее оплавление следует устранить перешихтовкой поврежденной части магнитопровода с заменой междулистовой изоляции. Поврежденную изоляцию в стыках магнитопровода заменяют новой, состоящей из листов асбеста толщиной 0,8–1 мм, пропитанных глифталевым лаком. Сверху и снизу прокладывают кабельную бумагу толщиной 0,07–0,1 мм.

Ненормальное вторичное напряжение трансформатора

Первичные напряжения трансформатора одинаковы, авторичные напряжения одинаковы при холостом ходе, но сильно разнятся при нагрузке.

— плохой контакт в соединении одного зажима или внутри обмотки одной фазы;

— обрыв первичной обмотки трансформатора стержневого типа, соединенного по схеме треугольник — звезда или треугольник — треугольник.

Первичные напряжения трансформатора одинаковы, а вторичные напряжения неодинаковы при холостом ходе и при нагрузке.

— перепутаны начала и конец обмотки одной фазы вторичной обмотки при соединении звездой;

— обрыв в первичной обмотке трансформатора, соединенного по схеме «звезда-звезда». В этом случае три линейных вторичных напряжения не равны нулю;

— обрыв во вторичной обмотке трансформатора при соединении его по схеме «звезда-звезда» или «треугольник-звезда». В этом случае только одно линейное напряжение не равно нулю, а два других линейных напряжения равны нулю.

При схеме соединения «треугольник-треугольник» обрыв его вторичной цепи можно установить измерением сопротивлений или по нагреву обмоток — обмотка фазы, имеющей обрыв, будет холодной из-за отсутствия в ней тока.

В последнем случае возможна временная эксплуатация трансформатора при токовой нагрузке вторичной обмотки, составляющей 58 % номинальной. Для устранения неисправностей, вызывающих нарушения симметрии вторичного напряжения трансформатора, необходим ремонт обмоток.

Эксплуатация комплектных трансформаторных подстанций

Состав и условное обозначение ктп

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) — это электрическая установка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электроэнергии трехфазного тока.

Она служит для распределения энергии между отдельными электроприемниками или группами электроприемников в цехе и состоит из:

— одного или двух трансформаторов;

— устройства высшего напряжения с коммутационной аппаратурой;

— комплектного РУ со стороны низшего напряжения (РУНН). Условное обозначение комплектной трансформаторной подстанции

КТП-Х/10//0,4-81-У1 расшифровывается так: К — комплектная, Т — трансформаторная, П — подстанция, Х — мощность силового трансформатора (25, 40, 63, 100, 160), кВА, 10 — класс напряжения в кВ, 0,4 — номинальное напряжение на стороне НН, 81 — год разработки, У1 — вид климатического исполнения.

Внутрицеховые комплектные трансформаторные подстанции, как правило, размещают на первом этаже в основных и вспомогательных помещениях производств.

Всоставкомплектной трансформаторной КТП-250-2500/10/0,4-У3 подстанции входят:

— устройство со стороны высшего напряжения — шкаф глухого ввода ВВ-1 или шкаф ШВВ-2УЗ с выключателем нагрузки ВНП;

— силовые трансформаторы (один — для КТП, два — для 2КТП), например, масляные ТМФ-250, ТМФ-400-для КТП-250-400 или масляные ТМЗ и сухие ТСЗГЛ — для КТП-630, -1000, -1600, -2500;

— распределительное устройство низшего напряжения РУНН 0,4 кВ, состоящее из шкафов ввода низшего напряжения, секционного шкафа для двухтрансформаторной подстанции и шкафов отходящих линий.

Рис. Принципиальная схема комплектной трансформаторной подстанции BW — счетчик, FV1 — FV6 газовые разрядники, Т — силовой трансформатор, S — рубильник, F1 — F3 предохранители, ТА1 — ТА3 — трансформаторы тока, SF1 — SF3 — автоматические выключатели

Защита КТП от многофазных коротких замыканий отходящих линий осуществляется выключателями со встроенными электромагнитными и тепловыми расцепителями. На рис. 19 показана принципиальная схема КТП.

При радиальном питании КТП кабельными линиями от распределительного пункта 6–10 кВ по схеме блок-линия-трансформатор допускается глухое присоединение к трансформатору.

Внимание. Установка шкафа УВН с отключающей и заземляющей аппаратурой перед трансформатором КТП при магистральной схеме питания обязательна.

При мощности трансформаторов 1000–1600 кВА к одной магистрали следует присоединять две-три КТП, при меньшей мощностях — тричетыре.

КТП с трансформаторами мощностью 2500 кВА необходимо питать по радиальной схеме, так как при магистральной схеме с двумя трансформаторами трудно выполнить селективную защиту на питающей линии.

Техническое обслуживание комплектных трансформаторных подстанций

При техническом обслуживании комплектных трансформаторных подстанций основным оборудованием, за которым нужно вести регулярное наблюдение и уход, являются: силовые трансформаторы; коммутационная аппаратура распределительных щитов.

Токи нагрузок при нормальной эксплуатации не должны превышать значений, указанных в заводских инструкциях. В подстанциях с двумя резервирующих друг друга трансформаторами, эксплуатационная нагрузка не должна превышать 80% номинальной. При аварийном режиме допускается перегрузка линий, отходящих от распределительных щитов, КТП, при защите их автоматами с комбинированными расцепителями.

Кроме показаний приборов, о нагрузке герметизированных трансформаторов типов ТНЗ и ТМЗ судят по давлению внутри бака, которое при нормальной нагрузке не должно превышать 50 кПа.

При давлении 60 кПа срабатывает реле давления, выдавливая стеклянную диафрагму, давление при этом понижается до нуля. Резкое снижение внутреннего давления происходит и при потере герметичности трансформатора.

Если давление упало до нуля, проверяют целостность диафрагмы. Если она разбита, трансформатор отключают, и выясняют причину, приведшую к срабатыванию реле давления. При отсутствии повреждения (т. реле сработало от перегрузки) устанавливают новую диафрагму и включают трансформатор под пониженную нагрузку. На герметизированных трансформаторах для контроля температуры в верхних слоях масла установлены термометрические сигнализаторы с действием на световой или звуковой сигнал при перегреве.

У трансформаторов, снабженных термосифонными фильтрами, во время эксплуатации контролируют нормальную циркуляцию масла через фильтр по нагреву верхней части кожуха. Если в пробе масла обнаруживают загрязненность, фильтр перезаряжают. Для этого фильтр разбирают, очищают внутреннюю поверхность от грязи, шлама и промывают чистым сухим маслом. При необходимости заменяют сорбент. Сорбент, полученный в герметической таре, можно применять без сушки.

Контроль за осушителем сводится к наблюдению за цветом индикаторного силикагеля. Если большая часть его окрашивается в розовый цвет, весь силикагель осушителя заменяют или восстанавливают нагревом его при 450–500 °С в течение 2 ч, а индикаторный силикагель — нагревом при 120 °С до тех пор, пока вся масса не окрасится в голубой цвет (приблизительно через 15 ч).

Совет. Удаление шлама и оксидной пленки с контактной системы переключателя ступеней, рекомендуется производить не реже 1 раза в год прокручиванием переключателя до 15–20 раз по часовой и против часовой стрелки.

Периодичность осмотров КТП устанавливается службой главного энергетика. Осмотр производится при полном снятии напряжении на вводе и отходящих линиях.

Обслуживание измерительных трансформаторов напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения служат для преобразования высокого напряжения в низкое стандартных значений, которое используется для питания измерительных приборов и различных реле управления защиты и автоматики. Они так же, как и трансформаторы тока изолируют измерительные приборы и реле от высокого напряжения, обеспечивая безопасность их обслуживания.

По принципу устройства, схеме включения и особенностям работы трансформаторы напряжения практически не отличаются от силовых трансформаторов. При малой мощности режим работы трансформаторы напряжения приближается к режиму холостого хода. Размыкание вторичной обмотки не приводит к опасным последствиям.

На напряжении 35 кВ и ниже трансформаторы напряжения, как правило, включается через предохранители для того, чтобы при повреждении трансформатора напряжения они не стали причиной развития аварий. Для безопасности персонала один из выводов вторичной обмотки трансформаторы напряжения обязательно заземляют.

Техническое обслуживание трансформаторов напряжения и их вторичных цепей осуществляется персоналом и заключается в надзоре за

работой самих трансформаторов напряжения и контроле исправности цепей вторичного напряжения.

Надзор за работой трансформаторов напряжения производится во время осмотров оборудования. При этом обращают внимание:

— на общее состояние трансформатора напряжения;

— наличие в них масла:

— отсутствие разрядов и треска внутри трансформатора напряжения;

— отсутствие следов перекрытий по поверхности изоляторов и фарфоровых покрышек;

— степень загрязнения изоляторов;

— отсутствие трещин и сколов изоляции;

— состояние армировочных швов.

При обнаружении трещин в фарфоре трансформаторы напряжения должны быть отключены и подвергнуты детальному осмотру и испытанию.

Трансформаторы напряжения на 6–35 кВ с небольшим объемом масла не имеют расширителей и маслоуказателей. Масло в них не доливают до крышки на 20–30 мм. Образовавшееся пространство над поверхностью масла выполняет функцию расширителя.

Внимание. Обнаружение следов вытекания масла из таких трансформаторов напряжения требует срочного вывода их из работы, проверки уровня масла и устранения течи.

В процессе эксплуатации необходимо следить за тем, чтобы плавкие вставки предохранителей были правильно выбраны. Надежность действия предохранителей обеспечивается в том случае, если номинальный ток плавкой вставки меньше в 3–4 раза тока короткого замыкания в наиболее удаленной точке от трансформаторов напряжения вторичных цепей.

На щитах управления необходимо систематически контролировать наличие напряжения от трансформаторов напряжения по вольтметрам и сигнальным устройствам (табло, сигнальные лампы, звонок).

В случае исчезновения вторичного напряжения из-за перегорания предохранителей низкого напряжения, их следует заменить, а отключившиеся автоматы — включить.

Силовые трансформаторы — устройство и принцип действия