Силовые трансформаторы — назначение и принцип действия
Трансформатор нужен для преобразования электрической энергии одного напряжения к электрической энергии другого напряжения. Используется для повышения или понижения напряжения. Нет разницы в понижении или повышении, так как трансформатор является обратимой электрической машиной (возможно преобразование электроэнергии как в большую, так и меньшую сторону). Однако производители выпускают их для определенных целей – или повышающим или понижающим трансом.
На электрической станции турбогенератором вырабатывается электроэнергия с генераторным напряжением, например 15кВ, далее она трансформируется повышающими трансформаторами (описываемые элементы обозначены на схеме) до напряжения линии электропередач (например, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 750кВ). Далее по ЛЭП электроэнергия передается к потребителям и снижается через понижающие трансформаторы до величины 10, 6, 0,4кВ.
Зачем передачу электроэнергии делают на высокие напряжения? Это необходимо для снижения потерь электроэнергии, что достигается увеличением напряжения. Какие бывают трансформаторы.
- самыми распространенными являются силовые трансформаторы различных величин полной мощности, предназначенные для передачи и распространения электроэнергии
- существуют силовые трансформаторы специального назначения – сварочные, печные
- трансформаторы тока и напряжения (измерительные и релейные) тоже относятся к трансформаторам
- испытательные трансформаторы – для подачи высокого напряжения для проверки прочности изоляции
- а также радиотрансформаторы, импульсные трансформаторы, пик-трансформаторы
Трансформаторы подразделяются на разные виды в зависимости от числа обмоток на двухобмоточные и многообмоточные (одна первичная и одна или несколько вторичных обмоток).
В зависимости от числа фаз – однофазные, трехфазные, многофазные.
По способу охлаждения – масляные, сухие.
Принцип действия трансформатора
Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Возьмем для примера двухобмоточный однофазный трансформатор. К первичной обмотке подключается источник переменного тока. Этот ток протекает по обмотке и создает переменный магнитный поток Ф, который пронизывает обмотки трансформатора и изменяясь наводит в них ЭДС. Так как обмотки имеют различное число витков, то и величина ЭДС будет в них различная.
В повышающих трансах вторичное напряжение будет больше первичного, а в понижающих – наоборот. К вторичной обмотке подключается нагрузка и возникает вторичный ток, созданный индуцируемой магнитным потоком ЭДС. Таким образом, в трансформаторе происходит передача электроэнергии из первичной обмотки с напряжением U1 и током I1 во вторичную обмотку с током I2 и напряжением U2 посредством магнитного потока.
Устройство трехфазного силового трансформатора
Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотка. Магнитопровод собирается из листов электротехнической стали толщиной 0,3-0,5мм. Изоляция листов представляет собой покрытие лаковой пленкой листа стали с обеих сторон. Магнитопровод разделяется на стержни и ярмо. Стержень это вертикальная часть магнитопровода, на которую насаживается обмотка. Ярмо – это горизонтальная часть, которая замыкает магнитный поток.
Трехфазные трансформаторы чаще всего выполняются с тремя стержнями (стержневой тип), на которых располагаются три обмотки. Соединение стержней и ярма бывает двух видов – стыковое и шихтованное. Стыковое соединение – ярмо и стержни крепятся соединительными деталями, при этом удобно снимать обмотки. При шихтованном соединении – ярмо и стержни собираются листами стали внахлест, в этом случае уменьшается магнитное сопротивление магнитопровода за счет уменьшения воздушного зазора. Также механическая прочность шихтованного соединения выше, чем у стыкового соединения.
Обмотки трансформатора выполняют из медного проводника круглого или квадратного сечения. Изоляцией выступает кабельная бумага или хлопчатобумажная пряжа.
Магнитопровод с баком заземляют, для безопасности на случай обрыва обмотки.
В масляных трансформаторах магнитопровод с обмоткой опускают в бак, залитый маслом. Масло отбирает тепло от обмоток. Характеристики трансформаторного масла выше, чем у воздуха, следовательно, габариты масляного трансформатора и сухого трансформатора одной мощности более выигрышны у масляного трансформатора.
При изменении климатических условий уровень масла может меняться. Происходит это не в баке трансформатора, а в специальном расширителе, который представляет собой сосуд на крышке бака, сообщающимся с ним.
При ненормальных режимах, таких как короткие замыкания, может изменяться давление масла, из-за выделения газов в масле. Для сброса этого давления на трансформаторах используют выхлопную трубу. На верхней части трубы находится стеклянная пластина. При повышении давления пластина разлетается, и давление выходит из трансформатора.
На мощных трансформаторах предусмотрено газовое реле. При повышении давления из-за выброса газов (например, при коротких замыканиях внутри трансформатора) происходит срабатывание реле и идет сигнал на отключение выключателя. После чего трансформатор отключается от сети.
Соединение обмоток с сетью происходит через ввода трансформатора. Они бывают различной конструкции: с главной изоляцией фарфоровой покрышки, конденсаторные проходные изоляторы, с бумажно-масляной, полимерной, элегазовой, маслобарьерной изоляцией.
В трансформаторах встречается возможность изменять число витков обмоток. Для этих целей используются ПБВ (переключатель числа витков без возбуждения) и РПН (регулирование числа витков под нагрузкой).
Включение трансформаторов на параллельную работу
Стоит отличать данный режим (1 на рисунке ниже — трансформаторы подключены к общим шинам как со стороны ВН, так и со стороны НН) от другого, когда подключение к общим шинам есть только с высокой стороны (2 на рисунке, совместная работа), то есть к секции 10кВ подключены два транса, а с низкой стороны каждый из них питает свою секцию 0,4кВ.
Если отключается один из Т (1 на рис.), то на втором происходит перегрузка, но все механизмы остаются в работе. Если же отключается один из трансов (2 на рис.) — то нагрузка либо отключается, либо переходит на резервный источник питания по АВР.
Ну и естественно расчет схем замещения для данных случаев будет разным:
- 1 — складываем // сопротивления двигателей, затем складываем // иксы трансформаторов, а затем последовательно первое со вторым
- 2 — суммируем ветви (двигатель плюс трансформатор), затем полученные иксы складываем параллельно
Далее буду рассматривать только схему под цифрой 1 на рисунке. Для чего же может применятся параллельная работа трансформаторов:
- повышается надежность, так как при выходе из строя одного из трансов, потребитель не лишается энергии.
- резервная мощность параллельно включенных трансформаторов будет больше, чем у одного большого
- при сезонных снижениях нагрузки (зимой больше нагрузки, летом меньше) возможно отключение одного из нескольких. При этом будет обеспечен более экономичный режим работы, так как уменьшаться потери холостого хода
Все плюсы улетучиваются, если установлено два транса по причине нехватки мощности одного из-за роста нагрузки например.
Условия параллельной работы:
- Равенство номинальных напряжений первичных и вторичных обмоток. Следовательно и одинаковое число витков первичных и вторичных обмоток для всех параллельно работающих трансформаторов. Так же перед включением необходимо проверять положения ПБВ и РПН. Если всё подобрано правильно то не должны возникать уравнительные токи. Они возникают из-за неравенства коэффициентов трансформации и текут даже в режиме холостого хода. Воспользовавшись схемой аналогичной схеме замещения ТТ, можно вывести формулу уравнительного тока:
- Равенство напряжений короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания — такое напряжение, которое необходимо подать в одну из обмоток при замкнутой второй, чтобы в обеих тек номинальный ток. Данное условие необходимо выполнять потому, что отношение uk пропорционально распределению нагрузок и токов.
- Принадлежность к одной группе присоединения
- Отношение максимальной мощности к минимальной параллельно работающих трансформаторов должно быть не более 3 к 1. Если отношение мощности будет больше трех, то перегрузка меньшего из Тр может быть больше допустимой и целесообразнее будет вообще его отключить.
- По ГОСТ 11677-85 ни одна из обмоток не должна быть перегружена током больше допустимого для данной обмотки
- Если имеется РПН, то окончание переключения ответвлений должно происходить практически одновременно у всей группы. Трансформаторы с РПН мощностью ниже 1000кВА не предназначены для параллельной работы
- Число параллельно работающих трансформаторов выбирается исходя из условия наименьших суммарных потерь холостого хода и нагрузочных потерь всех машин.
- трансформаторы переменного напряжения,
- трансформаторы постоянного напряжения.
- трансформаторы переменного тока,
- трансформаторы постоянного тока.
- назначению (измерительные, защитные, промежуточные, лабораторные),
- способу установки (наружные, внутренние, встроенные в электрические аппараты и машины, накладные, надеваемые на проходные изоляторы, переносные),
- числу ступеней (одноступенчатые, каскадные),
- способу крепления (проходные, в том числе электроизмерительные клещи, опорные),
- числу витков первичной обмотки (одновитковые, или стержневые, многовитковые),
- рабочему напряжению (низкого напряжения, высокого напряжения),
- виду изоляции обмоток (с сухой, бумажно-масляной, компаундной изоляцией).
- импульсные трансформаторы;
- силовые трансформаторы;
- трансформаторы тока.
- Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
- Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
- Курсовая работа от 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
- Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость
- РПН — регулировка переключения под напряжением.
- ПБВ — переключение без возбуждения (трансформатор обесточен со всех сторон)
- дистанционное автоматическое управление
- дистанционное ручное управление
- местное ручное управление
- при проектировании трансформатора можно подобрать точное число витков;
- элементы силовых контактов изготавливаются из меди, поэтому схема установки со стороны высокого напряжения уменьшает токи, а соответственно сечение проводника и массу цветного металла.
В данной формуле U’, U»; I’, I» — напряжения и токи первого и второго;
Избавиться от уравнительного тока можно либо переключив устройства регулировки в нужное положение, либо, устроив ремонт, добиться одного числа намотанных витков.
Первичные и вторичные обмотки соединяются параллельно. При отключении одного, на втором Т возникает перегрузка, которая должна быть учтена при отстройке уставки МТЗ.
На // подключенных т мощностью 4 МВА и выше должна устанавливаться ДЗТ. Она производит быстрое и селективное срабатывание, отключая только поврежденное оборудование. В случае с МТЗ, при аварии со стороны НН могут отключиться оба трансформатора за счет равенства выдержек времени.
Для более глубокого погружения в данный вопрос рекомендую прочитать книгу Г.В. Алексенко — Параллельная работа трансформаторов и автотрансформаторов (Трансформаторы, вып. 17) — 1967 года.
Электрические трансформаторы
Электрический трансформатор — это статическое устройство, служащее для преобразования величины переменного напряжения.
Действие трансформаторов основано на явлении электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из одной первичной обмотки, одной или нескольких вторичных обмоток и ферромагнитного магнитопровода, обычно замкнутой формы. Все обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны между собой. Иногда вторичной обмоткой служит часть первичной, или наоборот. Такие трансформаторы называются автотрансформаторами.
Концы первичной обмотки подключают к источнику переменного напряжения, а концы вторичной — к потребителям. Переменный ток в первичной обмотке приводит к появлению в магнитопроводе переменного магнитного потока, который создаёт в первичной и вторичной обмотках электродвижущие силы (ЭДС). Эти ЭДС пропорциональны количеству витков в соответствующих обмотках. Отношение ЭДС в первичной обмотке к ЭДС во вторичной обмотке называют коэффициентом трансформации.
I. Силовые трансформаторы
Силовые трансформаторы — это наиболее распространенный вид электрических трансформаторов. Они служат для преобразования энергии переменного тока в электрических сетях энергетических систем, в радиотехнических устройствах, системах автоматики и др. и работают при постоянном действующем значении напряжения. Мощные силовые трансформаторыимеют КПД до 99%. Их обмотки изготовляют, как правило, из меди, магнитопроводы — из листов холоднокатаной электротехнической стали. Магнитопровод и обмотки силового трансформатора обычно помещают в бак, заполненный минеральным маслом, которое служит для изоляции и охлаждения обмоток. Масляные трансформаторы обычно устанавливают на открытом воздухе. Трансформаторы без масляного охлаждения называются сухими. Для лучшего отвода тепла силовые трансформаторы могут снабжаться радиаторами.
Помимо силовых, существуют трансформаторы различных типов и назначения: для измерения больших напряжений и токов (измерительные), для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсное (пик-трансформаторы), для преобразования импульсов тока и напряжения (импульсные), для выделения переменной составляющей тока, для разделения электрических цепей на гальванически не связанные между собой части, для их согласования и т.д.
II. Измерительные трансформаторы
Измерительный трансформатор — это электрический трансформатор, на первичную обмотку которого воздействует измеряемый ток или напряжение, а вторичная, понижающая, включена на измерительные приборы и реле защиты. Измерительные трансформаторы применяют главным образом в распределительных устройствах и в цепях переменного тока высокого напряжения для безопасных измерений силы тока, напряжения, мощности, энергии. С помощью измерительных трансформаторов можно измерять различные значения электрических величин электроизмерительными приборами. Различают измерительные трансформаторы напряжения (для включения вольтметров, частотомеров, параллельных цепей ваттметров, счётчиков, фазометров и реле напряжения) и измерительные трансформаторы тока (для включения амперметров, последовательных цепей ваттметров, счётчиков, фазометров и реле тока).
Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для преобразования высокого напряжения в низкое в цепях измерения и контроля. Применение трансформаторов напряжения позволяет изолировать цепи вольтметров, частотомеров, электрических счётчиков, устройств автоматического управления и контроля и т.д. от цепи высокого напряжения и создаёт возможность стандартизации номинального напряжения контрольно-измерительной аппаратуры.
Трансформаторы напряжения подразделяются на:
Первичная обмотка трансформатора переменного напряжения состоит из большого числа витков и подключается к цепи с измеряемым напряжением параллельно. К зажимам вторичной обмотки с числом витков во много раз меньшим подсоединяют измерительные приборы или контрольные устройства. Так как внутреннее сопротивление последних относительно велико, трансформатор работает в условиях, близких к режиму холостого хода, что позволяет (пренебрегая потерями напряжения в обмотках) считать напряжения на первичной и вторичной обмотках пропорциональными количеству витков в обмотках. Зная коэффициент трансформации можно по результатам измерения низкого напряжения во вторичной обмотке определять высокое первичное напряжение.
Измерительные трансформаторы тока предназначены для измерения и контроля больших токов с использованием стандартных измерительных приборов и устройств автоматического управления и контроля. Одновременно трансформаторы тока служат для изоляции аппаратуры от потенциала сети, в которой производится измерение.
Трансформаторы тока подразделяются на:
Первичная обмотка трансформаторов переменного тока состоит из одного или нескольких витков провода относительно большого сечения и включается последовательно в цепь измеряемого тока. Вторичная обмотка состоит из большого числа витков провода сравнительно малого сечения; к ней подключают приборы и устройства с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением (амперметры, счётчики, реле и т.п.). Отличительной особенность трансформаторов тока — независимость тока в первичной обмотке от режима работы вторичной обмотки (практически она короткозамкнута). Это позволяет, при известном коэффициенте трансформации, определять большой ток в первичной обмотке, измеряя относительно слабый ток во вторичной.
Трансформаторы тока классифицируют по:
III. Автотрансформаторы
Автотрансформатор — это электрический трансформатор, все обмотки которого гальванически соединены друг с другом. При малых коэффициентах трансформации автотрансформаторы легче и дешевле многообмоточных трансформаторов. Недостаток автотрансформаторов заключается в невозможности гальванического обособления цепей. Автотрансформаторы служат преобразователями электрического напряжения в пусковых устройствах мощных электродвигателей переменного тока, в схемах релейной защиты для плавного регулирования напряжения и др. Регулируемые автотрансформаторы позволяют благодаря механическому перемещению точки отвода вторичного напряжения сохранить его постоянным при изменениях первичного напряжения.
IV. Импульсные трансформаторы
Импульсный трансформатор — имеет ферромагнитный сердечник и применяется для преобразования импульсов электрического тока или напряжения. Импульсные трансформаторы в радиолокации, импульсной радиосвязи, автоматике и вычислительной технике применяют для согласования источника импульсов с нагрузкой, изменения полярности импульсов, разделения электрических цепей по постоянному и переменному току, сложения сигналов, поджигания импульсных ламп и т. д. Основное требование, предъявляемое к импульсным трансформаторам, — передача импульса с минимальными искажениями формы. Для этого необходимо, чтобы межвитковые ёмкости обмоток, паразитные ёмкости монтажа и индуктивность рассеяния трансформатора были минимальными. Уменьшение межвитковых ёмкостей достигается применением сердечников малых размеров, соответствующей намоткой и взаимным расположением обмоток, а также уменьшением числа витков (при этом снижается коэффициент трансформации). Сердечники импульсных трансформаторов изготавливаются из пермаллоя, кремнистой трансформаторной стали, ферритов и других материалов с высокой магнитной проницаемостью. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечники импульсных трансформаторов навивают из ферромагнитной ленты толщиной до 10 мкм; поверхность ленты покрывают изолирующим слоем. Ферритовые сердечники, имеющие малые потери на вихревые токи, изготавливают методами порошковой металлургии. Первичная обмотка импульсного трансформатора обычно содержит от 50 до 200 витков, коэффициент трансформации выбирается от 0,25 до 5, а в некоторых случаях до 100 и выше.
V. Пик-трансформаторы
Пик-трансформатор — это электрический трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью. Простейший пик-трансформатор имеет магнитопровод с разной толщиной стержней. Вторичная обмотка располагается на более тонком стержне. При протекании в первичной обмотке синусоидального тока в магнитопроводе возникает магнитный поток, который уже при малых значениях силы тока насыщает тонкий стержень магнитопровода, вследствие чего ЭДС, индуцированная во вторичной обмотке, имеет импульсный (пиковый) характер. Пик-трансформаторы используются как генераторы импульсов главным образом в исследовательских установках высокого напряжения, а также в устройствах автоматики.
Трансформаторные масла — это нефтяные или синтетические масла, применяемые в качестве электроизолирующей и теплоотводящей среды в трансформаторах и другом маслонаполненном электрооборудовании, а также в масляных выключателях для гашения электрической дуги при отключении тока. Основная доля трансформаторных масел приходится на масла нефтяные. Трансформаторное масло получают очисткой соответствующих нефтяных дистиллятов с помощью селективных растворителей (фенола, фурфурола), серной кислоты, адсорбентов или гидрированием. Процесс получения масел из сырья, содержащего парафиновые углеводороды, включает также стадию депарафинизации. Трансформаторные масла должны обладать высокой электрической прочностью и электрическим сопротивлением, минимальным тангенсом угла диэлектрических потерь, стабильностью к окислению, должны иметь малую вязкость, низкую испаряемость. Нефтяные трансформаторные масла имеют вязкость 6 — 10×10-6 м2/сек при 50 °С, температуру застывания не выше -45°С, температуру вспышки не ниже 135 °С, тангенс угла диэлектрических потерь не более 0,026 — 0,005 при 90 °С, диэлектрическая проницаемость 2,2 — 2,3; они не должны содержать воду и механические загрязнения. Из синтетических трансформаторных масел наибольшее распространение получили жидкости на основе хлорированных дифенилов и трихлорбензола (гексол, совтолы). В некоторых видах специальных трансформаторов применяются также углеводородные, кремнийорганические и фосфорорганические синтетические жидкости.
Что такое трансформатор: устройство, принцип работы, схема и назначение
Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.
Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.
Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.
Работа любого трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.
Назначение трансформаторов
Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов и при передаче электроэнергии на большие расстояния.
Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.
Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.
Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:
Принцип работы трансформатора
Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.
Кстати, в других статьях можно почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.
Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.
Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока.
Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.
Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2, возникающий под действием ЭДС.
Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.
Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.
Идеальный трансформатор
Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.
Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Потери энергии в трансформаторе
Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.
В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.
Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд — ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!
Мы поможем сдать на отлично и без пересдач
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.
РПН и ПБВ трансформатора — назначение и принцип действия
Параметры нагрузки трансформаторов имеют суточный, сезонный или технологический характер. Чтобы удерживать значения электрической сети потребителей в заданных параметрах требуется механизм регулирования напряжения – ключевого параметра электроэнергии, как для бытового, так и для промышленного потребителя.
В классической схеме силовых трансформаторов механизм регулирования реализуется с помощью 2 типов специальных устройств являющихся одновременно их конструктивным элементом:
Принцип регулирования обоих устройств основан на изменении числа витков обмотки у трансформатора. Изменяя коэффициент трансформации, достигается уровень напряжения необходимого значения для дальнейшего распределения.
РПН и ПБВ — различия
Регулировка напряжения выполняется следующим образом: в трансформаторных обмотках предусмотрены ответвления — с помощью их переключения устройством регулирования меняется число витков обмоток, включенных в электрическую схему. Таким способом регулируется коэффициент трансформации. Делается это с помощью устройств двух типов — ПБВ и РПН. В зависимости от типа, мощности, класса напряжения и назначения, трансформаторы могут быть выполнены только с одним из типов переключателя на стороне высокого или низкого напряжения или одновременно входить в общую конструкцию электрической машины.
Принципиальная разница между двумя устройствами заключается в том, что переключение на ПБВ проводят только вручную и на отключенном трансформаторе. Регулировка напряжения с помощью РПН производится через моторный привод в процессе эксплуатации трансформатора и непосредственного потребления электроэнергии не зависимо от нагрузки, одним из 3 способов:
Во время проведения ремонтных или регламентных работ на трансформаторе при отсутствии питания собственных нужд, РПН имеет возможность переключения через механизм ручного привода.
ПБВ —переключение без возбуждения
Такие устройства используют, когда меняется сезонная нагрузка. Применять такой способ чаще по ряду организационных и технических причин сложно. В силу своего назначения и простоты конструкции привод механизма переключения исключительно ручной. В связи с этим обязательным условием переключения выступает требование ПУЭ — отключение трансформатора и заземление его обмоток.
Распространенными в практике конструкторскими решениями являются два вида: реечное (линейная формула) и цилиндрическое.
К третьему виду ПБВ с большой натяжкой можно отнести устаревший и редко встречающийся способ переключения обмоток в трансформаторах посредством перемычек, представляющие собой медные шины. При этом как таковой механизм отсутствует.
Число ответвлений обмоток бывает разным. Для оборудования небольшой мощности на обмотке предусмотрено два ответвления, на более мощных их может быть четыре. Как правило, ответвления располагаются на стороне ВН. Такая конструкция имеет определенные плюсы:
К условному недостатку ПБВ можно отнести небольшой диапазон регулирования: + 5%.
В устройствах ПБВ цилиндрического типа процесс переключения происходит через контактные кольца, которые соединяются с ответвлениями обмоток. Надежный контакт обеспечивает специальная пружина.
Со временем контакты окисляются — это ещё один из минусов ПБВ. Высокое сопротивление приводит к нагреву контактов и изменению диэлектрических свойств масла. В дальнейшем это приводит к высоковольтному пробою изоляции и, как итог, выходу из строя трансформатора. Для продления срока службы ПБВ, эти устройства согласно регламентов должны дважды в год ставиться на обслуживание без вскрытия трансформатора. Основная работа сводится к неоднократному переключению подвижных контактов по всему диапазону. Такую работу проводят и в том случае, если перед вводом трансформатора в эксплуатацию, оборудование долго находилось на хранении.
Главным же недостатком является отключение всех потребителей на время операции переключения, которая включает в себя проведение организационных и технических мероприятий.
РПН — регулировка под нагрузкой
Данное устройство позволяет оперативно поддерживать необходимый уровень напряжения, соответствующий текущей нагрузке. Диапазон регулировки находится в пределах от десяти до шестнадцати процентов . РПН обычно размещают на стороне высокого напряжения.
Управлять РПН возможно удаленно или в автоматическом режиме. Так же можно переключать обмотки, вращая специальную рукоять, обычно такой вариант применяют только во время ремонтп трансформатора.
В РПН имеется блокировка, благодаря которой можно переключаться только на одну ступень регулировки. Красная сигнальная лампа, которая находится на приводе загорается при переключении обмоток. Когда цикл завершается — лампа гаснет, и на табло можно увидеть номер, который соответствует ступени переключения.
Регулирование напряжения происходит благодаря изменению числа витков обмоток. Для бзеопасности самого процесса переключения в РПН используют токоограничивающие резисторы или реакторы.
Когда необходимо переключать высокие напряжения используют регулятор с токоограничивающими резисторами. РПН реакторного типа более эффективно при переключениях высоких токов. РПН реакторного типа как правило располагаются со стороны обмоток низкого напряжения. Это обусловлено их конструктивными особенностями. Ну и РПН с токоограничивающими резисторами располагаются со стороны обмотки высокого напряжения.
Устройство размещается внутри трансформаторного бака. Контакторы вынесены в отдельный бак, чтобы избежать загрязнения маслом. Бак находится внутри трансформатора. Реактор с избирателем находятся в основном баке, так как они не вызывают разложения масла от действия дуги.
Конструкция РПН резисторного типа позволяет установку контактора отдельно в наружном баке или внутри трансформатора. Расширительный бак трансформатора состоит из двух частей для обеспечения нормально го функционирования РПН. Большая часть соединена с баком трансформатора, а меньшая служит для работоспособности РПН и также как основной отсек оснащена маслоуказателем.
Допустим о эксплуатировать РПН при t среды до -20°С или до -45°С (наружня установка контактора и использовании автоматического подогрева масла ) .
Заключение
Применение обоих рассмотренных выше методов регулировки напряжения тр-ров (РПН и ПБВ) обеспечивает необходимый диапазон напряжений на оборудовании потребителей и не зависит от потребляемой нагрузки. Устройства РПН обеспечивают регулировку напряжения в любой период времени.
С помощью ПБВ можно переключать обмотки в определенном, не очень большом диапазоне и только на выведенном в ремонт трансформаторе (из-за специфики устройства ПБВ).
1 декабря 2022 Тольяттинцы на МФЭС-2022
11 января 2023 Устройства регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой РПН СМ и СМ2