ОБЗОР КРИТЕРИЕВ КАЧЕСТВА - Расчет характеристик системы управления магнитным полем индуктивно-связанной обмотки блочного трансформатора

В данном пункте рассмотрим параметры влияющие на характеристики трансформатора.

КПД

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением мощности P2, отдаваемой трансформатором в нагрузку, к мощности Р1, потребляемой из сети:

З = P2 / P1

Коэффициент полезного действия характеризует эффективность преобразования напряжения в трансформаторе.

При практических расчетах коэффициент полезного действия трансформатора вычисляют по формуле

З = 1 - (?P - (P2 + ?P),

Где ?P = Pэл + Pмг - полные потери в трансформаторе.

В современных трансформаторах КПД достаточно велик и колеблется в пределах 97-99.9%

Номинальное напряжение

Номинальные напряжения трансформаторов устанавливаются для первичной и вторичных его обмоток при холостом ходе. Первичная обмотка трансформатора является приемником электрической энергии и поэтому для повышающих трансформаторов ее номинальное напряжение равно номинальному напряжению генераторов, а для понижающих - номинальному напряжению сети.

Номинальное напряжение трансформатора влияет на выбор конструкции изоляции между витками, катушками и изоляции отдельных частей обмотки относительно других токоведущих и заземляемых частей трансформатора.

Номинальное напряжение трансформатора должно соответствовать напряжению сети, в которой он устанавливается. Наибольший возможный длительный ток установки должен быть по возможности ближе к номинальному току трансформатора для получения наименьшей погрешности. Класс точности трансформатора выбирается в соответствии с его назначением.

Схема соединения обмоток

На практике чаще всего встречаются следующие схемы соединений: Yy, Dy, Yd, Yz и Dz. Кроме того, обмотки, соединенные в звезду и зигзаг, имеют нейтральную точку, которая может быть выведена или скрыта.

Схема соединений обмоток Yy используется, в основном, в трансформаторах небольшой номинальной мощности, питающих симметричные трехфазные электроприемники. Иногда данный вид соединений применяется в схемах большой номинальной мощности, в том случае если требуются заземление нейтральной точки звезды.

Схема неудобна, принимая во внимание необходимость ограничения негативного влияния высших гармоник ряда v=3n (n=1,3,7...) в токе холостого хода при питании от трехпроводной сети. Кроме того, она невыгодна при асимметричной нагрузке (токи нулевой последовательности), когда выведена нейтральная точка звезды вторичных обмоток. Это вызывает необходимость дополнительной, так называемой компенсационной, обмотки, соединенной в треугольник.

Схема соединения обмоток Dy используется, в основном, в понижающих трансформаторах большой мощности. Трансформаторы с таким соединением обмоток работают в составе систем питания токораспределительных сетей низкого напряжения. Как правило, нейтральная точка звезды заземляется, обеспечивая возможность использования как линейного, так и фазного напряжений. Данное соединение очень выгодно, принимая во внимание сокращение третьей гармоники тока и токов нулевой последовательности при ассиметричной нагрузке.

Схема соединений обмоток Yd используется, в основном, в повышающих трансформаторах. Трансформатор с такой схемой соединений удобен, если нейтральная точка звезды первичной обмотки должна быть глухо заземлена или заземлена через дроссель. Соединение обмоток в треугольник в первичной или вторичной обмотках очень выгодно, из-за того, что третья гармоника намагничивающего тока протекает по замкнутой цепи треугольника и магнитный поток третьей гармоники практически отсутствует.

Схема соединений обмоток Yz и Dz используется, в основном, в понижающих трансформаторах небольшой номинальной мощностью. При такой схеме нейтральная точка соединения обмоток в зигзаг выведена на клеммную колодку для того, чтобы иметь возможность использовать фазные напряжения. Данное решение применяется редко, прежде всего, из экономических соображений. Сравнивая, например, звезду и зигзаг, при одинаковом номинальном токе и одинаковом сечении проводов, можно сделать вывод, что количество витков зигзага при одинаковом наименьшем линейном напряжении в 2/v3 раза превышает количество витков звезды, отсюда стоимость меди в зигзаге более чем на 15% превышает стоимость меди в звезде. Поэтому использование таких схем ограничивается, прежде всего, питанием асимметричных потребителей (например, в случае большого количества однофазных потребителей), когда необходимо симметричное распределение фазных напряжений во вторичной части трансформатора

Потери холостого хода и короткого замыкания

Для снижения потерь холостого хода (XX) применяется не только сталь более высокого качества, но и более современная конструкция магнитопровода.

Кроме потерь XX существуют потери короткого замыкания потери короткого замыкания (КЗ). В работающем трансформаторе ток, как правило, не равен номинальному и вместо потерь КЗ имеют место так называемые нагрузочные потери, которые при номинальном токе равны потерям КЗ, а при других значениях тока получаются пересчетом пропорционально квадрату тока. Нагрузочные потери это тепловые потери в обмотках от протекания по ним токов нагрузки и добавочные потери в обмотках и в элементах конструкции трансформатора. Добавочные потери зависят в основном от напряженности магнитного поля рассеяния. Поток поля рассеяния характеризуется тем, что сцепляется не со всеми обмотками и замыкается не только через активную сталь, но и через канал между обмотками и через окружающее пространство.

Благодаря отклонению потока рассеяния от направления оси обмотки часть его пересекает витки обмотки в радиальном направлении. Радиальный поток проходит перпендикулярно большему размеру сечения провода витков, в проводе наводится существенная вихревая ЭДС, и возникает заметный вихревой ток, который вызывает дополнительный нагрев провода. Особенно резко это выражено у крайних витков и катушек обмоток в ряде крупных трансформаторов старой конструкции. Расчетами показано, что в концевых катушках добавочные потери в ряде случаев могут превышать основные тепловые потери в 34 раза.

Вследствие того что обмотки низшего напряжения (НН), рассчитанные на больший ток, выполняются из многих параллельных проводников, отдельные проводники занимают в магнитном поле различное положение и имеют несколько различную длину. Поэтому в отдельных проводниках возникают неодинаковые ЭДС и, поскольку концы этих проводников соединены вместе, в параллельных проводниках возникают уравнительные циркулирующие токи, т. е. в одних проводниках ток будет меньше, чем в других, за счет большего их сопротивления. А так как выбор сечения проводников ведется из расчета одинаковой плотности тока, то в результате перераспределения тока в ряде проводников получается большая плотность тока и, следовательно, нагрев больше расчетного и больше местные тепловые потери.

Снижения потерь КЗ достигают за счет уменьшения добавочных потерь, так как снизить тепловые потери в обмотках за счет снижения плотности тока в силовых трансформаторах обычно невыгодно (повышается расход меди и т. п.), а в наиболее крупных трансформаторах увеличить сечение меди почти не удается из-за транспортных ограничений.

Габаритные размеры и масса

Габаритные размеры являются немаловажными параметрами в выборе трансформатора. От них будут зависеть размеры желаемой системы автоматизации.

Тип охлаждения

Существует три основных типа охлаждения трансформатором, сухое, масляное и негорючим жидким диэлектриком.

Трансформаторы с воздушным охлаждением (сухие трансформаторы). При естественном воздушном охлаждении магнитопровод, обмотки и другие части трансформатора имеют непосредственное соприкосновение с окружающим воздухом, поэтому охлаждение их происходит путем конвекции воздуха и излучения. Сухие трансформаторы устанавливают внутри помещений (в зданиях, производственных цехах и пр.), при этом главным требованием является обеспечение пожарной безопасности.

Трансформаторы с масляным охлаждением. В трансформаторах с естественным масляным охлаждением магнитопровод с обмотками погружают в бак, наполненный тщательно очищенным минеральным (трансформаторным) маслом. Трансформаторное масло обладает более высокой теплопроводностью, чем воздух, и хорошо отводит теплоту от обмоток и магнитопровода трансформатора к стенкам бака, имеющего большую площадь охлаждения, чем трансформатор. Погружение трансформатора в бак со специальным маслом обеспечивает также повышение электрической прочности изоляции его обмоток и предотвращает ее увлажнение и потерю изоляционных свойств под влиянием атмосферных воздействий.

Трансформаторы, охлаждаемые негорючим жидким диэлектриком. Трансформаторы с таким типом охлаждения выполняют с герметизированным баком, который заполняют негорючим жидким диэлектриком. Обычно применяют синтетические изоляционные материалы -- совтол и др., которые имеют примерно такие же электроизоляционные свойства и теплопроводность, как и трансформаторное масло. Трансформаторы с охлаждением типов Н и НД пожаробезопасны и могут устанавливаться в закрытых помещениях. Их выпускают мощностью 160--2500 кВ-А при напряжении 6 и 10 кВ. Совтол представляет собой смесь полихлордифенила (совола) с трихлорбензолом, который добавляется для уменьшения вязкости и температуры застывания смеси. При использовании совтола в умеренном климате он содержит 65% полихлордифенила и 35% трихлорбензола; для тропических условий соответственно 90 и 10%. Он дороже трансформаторного масла, токсичен, что требует тщательной герметизации системы охлаждения.

Похожие статьи




ОБЗОР КРИТЕРИЕВ КАЧЕСТВА - Расчет характеристик системы управления магнитным полем индуктивно-связанной обмотки блочного трансформатора

Предыдущая | Следующая