ЛЕКЦИЯ 9

коммуникаций
Донского государственного технического
университета
Лекция 9

напряжения.
В энергосистемах используются несколько ступеней напряжения, поэтому количество трансформаторов

и их установленная мощность в несколько раз превышают число и установленную мощность генераторов.
В настоящее время на каждый установленный 1 кВт генераторной мощности приходится в среднем 7-8 кВА трансформаторной мощности.

современных силовых трансформаторах КПД достигает 0,98-0,995
Простейший однофазный трансформатор состоит из

замкнутого ферромагнитного магнитопровода 3,4,5, на котором расположены две обмотки 1,2 с различными числами витков w1 и w2.
Обмотку w1 трансформатора, к которой подводится электрическая энергия (напряжение u1), называют первичной, а обмотку w2, с помощью которой энергия отводится (напряжение u2) — вторичной.
Обмотки выполняются из медных или алюминиевых изолированных проводов круглого или прямоугольного сечения.

ней протекает переменный ток I1, который создаёт в магнитопроводе поток

Ф ( )
Этот поток пронизывает вторичную обмотку и наводит в ней ЭДС, и присоединённая электрическая сеть с нагрузкой (Zн) будет под напряжением U2; при этом во вторичной цепи будет протекать I2.
Отношенние напряжений вторичной U2 и первичной U1 обмоток при холостом ходе называется коэффициентом трансформации


Если U1>U2 (w1>w2), т.е. k<1, трансформатор называют понижающим, при k>1 — повышающим. Таким образом, изменяя числа витков обмоток w1 и w2 можно подобрать такой коэффициент трансформации, который позволит получить требуемое напряжение U2 ( ).

конструктивным основанием (остовом) для установки и крепления обмоток и других

деталей трансформатора

и концов (выводов) обмоток.
В однофазном трансформаторе начало и конец обмотки

высшего напряжения (ВН) обозначается соответственно прописными буквами А и Х, а обмотки низшего напряжения (НН) — строчными латинскими буквами а и х. При наличии третьей обмотки с промежуточным (средним) напряжением (СН) начало и конец обмотки обозначают соответственно Am и Xm.
В трёхфазном трансформаторе начала и концы обмоток ВН обозначаются соответственно A, B , C и X, Y, Z и т.д.

схемам «звезда», «треугольник» или «зигзаг», которые соответственно обозначают русскими буквами

У и Д и латинской . При выводе от нейтрали (общей точки обмоток фаз) у схемы «звезда» или «зигзаг» отвода (ответвления) его обозначают 0, добавляя к буквенным обозначениям схем соединения обмоток индекс «н» (Ун).
Схемы соединения трёхфазного трансформатора обозначаются в виде дроби, в числителе которой ставят обозначение схемы соединения обмотки ВН, а в знаменателе - НН, например, для трансформатора с обмоткой ВН, соединённой в звезду с выведенной нейтралью, а НН - по схеме треугольник обозначение имеет вид Ун / Д.

кроме схем соединения необходимо знать взаимное направление ЭДС в обмотках

ВН и НН. Если две обмотки 1 и 2 размещены на одном и том же стержне и пронизываются одним и тем же потоком , то при одинаковом направлении намотки и обозначении выводов (концов) наведённые ЭДС одинаково направлены (от концов к началам) и, следовательно, совпадают по фазе

Е1 и Е2 обмоток АХ и ах равен нулю, поэтому

группа соединений обмоток обозначается как I/I-0, где «I» говорит об однофазном варианте трансформатора, при этом ЭДС высшего напряжения Е1 представляется минутной стрелкой часов и условно направляется на циферблате часов на цифру 12. Часовая стрелка часов представляет собой ЭДС низшего напряжения Е2 и обозначает группу соединения.

фазными ЭДС обмоток ВН и НН зависит как от обозначения

выводов, так и от направления намотки. При размещении обмоток на одном стержне этот сдвиг может быть равным либо 0, либо 180°.
На рис. б, в при изменении обозначений концов обмотки НН (рис. б) или изменении направления намотки обмотки НН (в) ЭДС Е2 поворачивается на угол 180°, что даёт группу соединений I/I-6.

и трёхфазные (б), имеющие общий для трёх фаз магнитопровод.

автотрансформаторов, ограничивающих их применение:
усложнение устройства регулирования напряжения,
повышенная опасность

атмосферных перенапряжений.

образовывать 12 различных групп со сдвигом фаз линейных ЭДС через

30°.
Наиболее распространённые соединения по схеме звезда-звезда (а) и по схемезвезда-треугольник (б).

Часто при соединении обмоток в звезду выводится нулевой (четвёртый) провод (нейтраль); если этот провод заземляется, то соединение обмоток называется звезда с заземлённой нейтралью.

(нулевым проводом) называется
фазным напряжением Uф;
напряжение между фазами

(междуфазное напряжение) называется линейным напряжением Uл.

При соединении обмоток в звезду

при соединении обмоток в треугольник

включает и конструктивную часть.
Активная часть трансформатора, состоящая из магнитопровода 1

и обмоток (2-НН, 3-ВН) помещена в бак 6, который также является резервуаром для трансформаторного масла. Трансформаторное масло выполняет роль хладагента и изоляции.
Для присоединения обмоток к сети служат вводы (4-для обмотки ВН, 5-для обмотки НН), состоящие из токоведущей части, фарфоровой оболочки и опорного фланца. Крышка бака используется для установки вводов, крепления расширителя 8, термометров, устройства ПБВ и других деталей.

низшего напряжения в основном применяют винтовые обмотки. Они могут иметь

от 4 до 20 (и более) параллельных проводов.
В качестве обмоток высшего и низшего напряжения широко используются непрерывные катушечные обмотки ввиду их большой механической прочности и надёжности.

для регулирования напряжения. Это осуществляется либо при отключённом от сети

трансформаторе - переключателями без возбуждения (ПБВ) путём подсоединения к различным отпайкам обмотки, либо регулированием под нагрузкой (РПН), которое осуществляется при помощи специальной аппаратуры, состоящей из переключателя (избирателя отпаек), контактора, приводного механизма и других элементов (для отсоединения и присоединения выбранной отпайки при номинальном токе обмотки).

обеспечивается правильным выбором соответствующих изоляционных промежутков, которые могут выполнять в

трансформаторе роль охлаждающих каналов.
Изоляция в трансформаторах должна без повреждений выдерживать электрические, тепловые, механические и другие воздействия, которым она подвергается в процессе эксплуатации.

состоянии, и на его изоляцию длительно воздействует электрическое поле, соответствующее

номинальному рабочему напряжению. Это воздействие изоляция должна выдерживать неограниченно длительное время.
При работе трансформатора в энергосистеме возможны кратковременные повышения напряжения (перенапряжения), возникающие вследствие нормальных коммутационных процессов в сети (включение и отключение больших мощностей) или процессов аварийного характера, а также импульсные волны перенапряжения, возникающие из-за грозовых атмосферных разрядов.

работе нагреваются. Воздействие высоких температур приводит к старению изоляции, вследствие

чего она теряет эластичность, становится хрупкой, снижается ее электрическая прочность. В правильно спроектированном трансформаторе и при правильной эксплуатации изоляция может служить 20-25 лет и более. Теплостойкость изоляции, позволяющая обеспечить безаварийную работу трансформатора, достигается применением изоляционных материалов соответствующего класса, а также конструкцией обмоток и деталей изоляции, обеспечивающей их нормальное охлаждение.

6 до 1150 кВ и номинальной мощностью от 5 кВ · А до 1200 MB · А;

общая мощность установленных силовых трансформаторов к 2000 г. составила более 570 ГВ · А. Основная часть силовых трансформаторов имеет маслобумажную изоляцию с естественной или направленной циркуляцией масла. В пожароопасных зонах используются трансформаторы с сухой (полимерной) изоляцией и воздушным охлаждением, а также с элегазовой изоляцией. В последнее время разработаны трансформаторы с обмотками кабельного типа, имеющие полиэтиленовую изоляцию.

показателей и совершенствованием элементов конструкции.
Одна из существенных задач - уменьшение

потерь энергии в трансформаторах, т.е. потерь холостого хода и короткого замыкания.
Уменьшение потерь холостого хода (магнитных потерь) может быть достигнуто при использовании холоднокатаной электротехнической стали с содержанием кремния 3 % и выше, имеющей изотропию магнитных свойств (одинаковые свойства независимо от направления проката) и сниженные удельные потери при толщине листа 0,23; 0,18 и 0,15 мм.

и металла, используемого на изготовление баков и систем охлаждения трансформаторов,

может быть достигнуто уменьшением изоляционных расстояний на основе новых технологий и применения новых средств защиты от перенапряжений. Значительный эффект для экономии конструктивных материалов даёт применение форсированного охлаждения с направленной циркуляцией масла в каналах обмоток и эффективных охладителях.

энергии, отпускаемой потребителям, т.е. для поддержания постоянства напряжения, возникает необходимость

в расширении выпуска трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН).
Исследование поля рассеяния трансформаторов имеет целью также обеспечить определённую организацию и локализацию этого поля за счёт рационального размещения обмоток и применения магнитных экранов, что позволяет существенно уменьшить добавочные потери в обмотках и конструктивных деталях трансформатора - стенках бака, прессованных деталях обмоток и остова.

высокого (ВН),
среднего (СН)
низкого (НН) напряжений.
Величина напряжения различных

участков сети выбирается в зависимости от передаваемой мощности и дальности передачи электроэнергии.
Стандартные номинальные линейные напряжения электрических сетей России составляют:
сети НН — 220, 380, 660 В;
сети СН — 3, 6, 10, 35 кВ;
сети ВН — 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ.
Сети 1150 кВ используются только в России.