ЭлектрО

СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ И АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформаторы — это основное оборудование подстанций. В связи с тем, что производство электроэнергии происходит на генераторном напряжении 6...20 кВ, передача от электростанций на крупные районные подстанции осуществляется на напряжении 110...750 кВ, питание предприятий промышленности — на напря­жение 35...220 кВ, а потребление электроэнергии осуществляется на напряжении 6...10 кВ и 380...220 В, на всем пути электропереда­чи происходит три-четыре трансформации. Поэтому мощность трансформаторов в электрической системе в несколько раз боль­ше, чем генераторов или приемников электроэнергии.

Классифика­ция трансформаторов по габаритам приведена в табл. 1.

Таблица 1. Распределение силовых трансформаторов по габаритам

Как следует из табл. 2, отношение (шаг) рядом стоящих в таблице номинальных мощностей принято равным 1,6 для трансформаторов и автотрансформаторов до 63 000 к В Л и 1,3 для более мощных аппаратов. Типы выпускаемых промышлен­ностью Российской Федерации трансформаторов и автотранс­форматоров даны в справочниках.

Таблица 2. Шкала мощностей ситных трансформаторов, кВ·А

Силовые трансформаторы подразделяются на сухие (рис. 1.) для установок в помещениях при пожаре- и взрывоопасных условиях, масляные для наружной и внутренней установки с не­опасной по пожару и взрыву средой и трансформаторы с за­полнением негорючим жидким диэлектриком (совтолом) для установки в закрытых помещениях повышенной опасности по пожару.

Рис. 1. Силовой трансформатор ТС. 1 — активная часть; 2 — ввод ВН; 3 — крышка люка; 4 — кожух; 5 — кольцо для подъёма трансформатора; 6 — шины НН; 7 — тележка; 8 — каток; 9 — планка для подъема активной части.

Масляный трансформатор (рис. 2.) состоит из магии го-провода 13 и обмоток 17, жестко закрепленных на нем. Для защиты от воздействий окружающей среды они помещены в стальной бак 1. Бак герметически закрыт крышкой 6. Сквозь крышку с помощью проходных изоляторов (вводов) 7...9 элект­рические цепи обмоток ВЫ выведены наружу. Над крышкой расположен расширитель 12, сообщающийся трубопроводом с баком. В разрез соединительного трубопровода установлено газовое реле 11. Непосредственно из бака наружу через крышку выведена выхлопная труба 10, нормально закрытая мембраной. Труба предназначена для аварийных выбросов газов и масла наружу. На крышке смонтирована рукоятка 4 переключателя напряжения. Переключатель напряжения 16 расположен под крышкой и соединен с рукояткой валом, проходящим сквозь крышку в сальниковом уплотнении. Контакты переключателя можно электрически соединить с теми или иными регулировоч­ными отводами 18 обмоток высшего напряжения 17. Крышка сквозными подъемными шпильками соединена с магнитопроводом, установленным на дно бака. Наружная резьбовая часть подъемных шпилек предназначена для навертывания съемных грузовых колец (рымов).

Рис. 2. Трансформатор типа ТДТГ-16000/110:

1 — бак; 2 —  трубчатый радиатор; 3 — электровентилятор; 4 — привод переключателя напряжения; 5 — ребро жесткости; 6 — крышка; 7 — 9 — проходные изоляторы; 10 — выхлоп­ная труба; 11 — газовое реле; 12 — расширитель; 13 — ярмо магнитопровода; 14    осуши­тель воздуха; 15 — отвод обмотки ВН; 16 — переключатель напряжения; 17 — обмотка ВН; 18 — регулировочные отводы; 19 — термосифонный фильтр; 20 — сливной кран.

При работе трансформатор нагревается, гак как в провод­никах обмоток и в стали магнитопровода происходят потери энергии. Для интенсивного удаления избытка теплоты внутрен­ний объем бака заполнен специальным минеральным маслом. При этом часть масла находится в расширителе, что исключает наличие воздушных пузырей под крышкой. Этому способствует небольшой уклон крышки в сторону, противоположную расши­рителю.

Тип трансформатора и система охлаждения указывается при его маркировке буквами. Первая буква указывает число фаз: Т — трехфазный, О — однофазный, вторая буква — Р указывает на расщепление вторичной обмотки, а при отсутствии расщепле­ния буква Р опускается. На третьем месте стоят одна или две буквы, указывающие способ охлаждения трансформатора: М — естественное масляное (или Н — негорючее диэлектричес­кое, или С — воздушное в сухом трансформаторе); Д — с ду­тьем. На четвертом месте стоит буква, указывающая число об­моток трансформатора: Т — трехобмоточный, а для двухобмо-точных эта буква опускается. Затем ставится буква Н, если трансформатор имеет устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

После буквы ставятся цифры: в числителе указывается мощ­ность (в кВ·А), в знаменателе — номинальное напряжение об­мотки высшего напряжения (в кВ). Через черточку двумя циф­рами указывается год начала выпуска трансформаторов дайной конструкции. Например, ТРМН-40000/110—91: трехфазный трансформатор с расщепленной обмоткой, с естественным мас­ляным охлаждением, имеет PПH, мощность трансформатора 40 МВА, напряжение (высшее) 110 кВ, конструкция 1991 г. Мар­кировка автотрансформатора та же, но на самом первом месте добавляется буква А.

Исполнения трансформаторов, предназначенных для рабо­ты в определенных климатических районах, обозначают буквами У, ХЛ, Т (с умеренным, холодным, тропическим клима­том).

По категории размещения при эксплуатации различают следу­ющие исполнения трансформаторов: 1 и 2 (установка на откры­том воздухе и в помещениях, где колебания температуры и влаж­ности несущественно отличаются от окружающей среды), 3 и 4 (закрытые помещения с естественной вентиляцией, где колебания температуры и влажности значительно меньше, чем на открытом воздухе, и с искусственно регулируемыми климатичес­кими условиями), 5 (помещения с повышенной влажностью).

Обмотки трансформаторов обычно соединяют по схемам: звезда Y, звезда с выведенной нейтралью  и треугольник Δ. Сдвиг фаз между ЭДС первичной Е₁, и вторичной Е₂ обмоток принято выражать условно группой соединений. Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов высшего (ВН), среднего (СН) и низкого (НН) напряжений показаны на рис. 3.

Рис. 3. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов: а – трёхфазных двухобмоточных трансформаторов; б – трёхфазных трёхобмоточных трансформаторов; г – однофазных двухобмоточных трансформаторов.

Условные обозначения Y/Y₀ – 0, Y₀/Δ₀ – 11 означают схемы соединения обмоток трансформаторов и угловое смешение век­торов обмоток трансформаторов и угловое смещение векторов линейных ЭДС обмоток СН и НН по отношению к векторам ЭДС обмоток ВН. Группу соединения (угловое смещение) обо­значают числом, которое при умножении на 30° дает угол от­ставания в градусах (11 × 30° = 330°).

В энергосистемах, а также на предприятиях в большинстве случаев применяют трехфазные трансформаторы. Группа из трех однофазных трансформаторов стоит дороже и требует приблизи­тельно на 20% больше меди и стали, чем один трехфазный трансформатор равной мощности. Поэтому однофазные транс­форматоры устанавливаются лишь в тех случаях, когда по усло­виям транспортировки нельзя применять трехфазные, а также при отсутствии трехфазных трансформаторов достаточной мощ­ности.

Нагрев трансформаторов ограничивается допустимым превы­шением температуры обмотки (65 °С), магнитопровода (75 °С) и верхних слоев масла (55 °С) над температурой охлаждающего­ся воздуха (20 °С). В процессе эксплуатации трансформаторов их нагрузка, а следовательно, и нагрев изменяются в значительных пределах. В период разгрузки трансформатор недоиспользуется. Поэтому, сохраняя расчетный срок службы 25 лет, разрешается перегружать трансформаторы, когда это требуется. На каждые 3% недогрузки разрешается на такое же время перегрузка транс­форматора на 1%, кроме того, на 1% недогрузки трансфор­матора летом разрешается 1% перегрузки в зимнее время. Это нормальная систематическая перегрузка, которая в общей слож­ности не должна превышать 30% на масляных и совтоловых и 20% на сухих трансформаторах.

В аварийных условиях, когда отключился один из двух транс­форматоров, разрешается перегрузка оставшегося в работе трансформатора на 40% свыше номинальной мощности продол­жительностью до 6 ч ежедневно в течение 5 сут. Поэтому при выборе номинальной мощности трансформатора S_т.н. на 35...220/6...10 кВ руководствуются таким соотношением мощно­сти S_т.н. и расчетной нагрузки S_р:     S_т.н.≥ S_р/1,4.

Автотрансформаторы имеют две электрически связанные об­мотки с общей заземленной нейтралью Y₀ и третью, включаемую в треугольник Δ и имеющую с двумя другими обмотками только электромагнитную связь.

Наличие обмотки, соединенной в треугольник, приводит к компенсации электродвижущей силы (ЭДС) третьей гармоники (и кратных трем) и к уменьшению сопротивления нулевой последо­вательности в сети с заземленной нейтралью. Это важно для повышения чувствительности релейной защиты и плавких пре­дохранителей в сетях.

Область применения силовых автотрансформаторов в си­стемах электроснабжения — связь двух электрических сетей высокого напряжения. Для этого используются две электри­чески связанные обмотки Y₀. К третьей обмотке подключаются генераторы, трансформаторы собственных нужд электростан­ций или синхронные компенсаторы и статические конденсато­ры районных подстанции, или же она не имеет присоедине­ний.