Підстанції. Трансформатори та автотрансформатори
Міністерство освіти і науки України
НТУУ “КПІ”
Кафедра електричних мереж та систем
Реферат
Тема: Підстанції. Трансформатори та автотрансформатори
Виконав: Таранюк Л.А
Перевірила:ст викл Янковська Е.М
Київ 2010
Зміст
1.Історія
2.Класифікація підстанцій
3.Визначення трансформатора
4. Класифікація трансформаторів та їх конструктивні особливості
5. Номінальні дані трансформатора
6. Визначення автотрансформатора
7. Конструктивні особливості автотрансформатора1
8. Роль трансформаторів,автотрансформаторів та підстанцій в електроенергетиці
1.Історія
Почнемо з історії: як відомо трансфоаматор слугує для зміни напруги, та сили струму в єлектромережі в основі якого лежить явище єлектромагнітної індукції,але про це потім докладніше.
Все почалося з відкриттям явища електромагнітної індукції фардеєм в 1831 році,що поклало початок відкриття транформатора.
30 листопада 1876 року Яблочковий Павло Миколаєвич винайшов перший трансформатор який мав в основі розімкнутий сердечник
Перший трансформатор із замкнутим сердечником був винайдений в 1884 році братами Джоном і Едвардом гопкінсонами.
Потім люди масово почали переходити на змнний струм тому
Необхідий був трансформатор змінного струму. Такий трансформатор винайшов Уільям Гроув в 1889 році.
Наступний крок полягав у підключенні освітлювальних ламп не послідовно як раніше а паралельно.Це було зроблено трьома інженерами компанії Ganz and company.Він мав замкнутий залізний сердечник,що підвищувало його характеристики.В 1900 році англійський вчений Роберт Хедфилд провів досліди щодо впливу домішок на властивості заліза що дозволило виготовляти трансформатори з добавками кремнія.В подальшому трансформатори удосконалювались,їх розміри зменшувались а економічність підвищувалась.
Підстанції складаються з багатьох елементів тому підстанції розвивалися в залежності від розвитку її складових.
2.Класифікація підстанцій
Підстанції споруджують для перетворення електроенергії в цілях її подальшої передачі.
Підстанції мають такі складові: трансформатор, автотрансформатор,перетворювачі,КУ,пристрої розподілення електроеонергії що не є складовою підстанцій називають розподільчими пунктами.В залежності від функції що виконує підстанція, підстанції бувають трансформаторні та перетворюючі.
Також до підстанцій відносять деякі електроустановки що не містять трансформаторів наприклад перемикаючий пункт:призначений для секціювання
ЛЕП,включення БК продольної компенсаціії та шунтування реакторів. Підстанції розділяють на трансформаторні та перетворюючі.
Трансформаторні підстанції призначені для перетворення одного класу напруги змінного струму в інший за допомогою трансформаторів.
Перетворюючі підстанції призначені для зміни типу струму або його частоти.
Також підстанції діляться на три основні категорії:
ПС,що здійснюють роботу по спрощеним схемам (без вимикачів) прохідні ПС(с малою кількістю ліній та вимикачів) вузлові ПС (Потужні комутаційні вузлом системи).
По призначенню ПС діляться на споживчі і системні.
Перші характеризуються установкою двох обмотних трансформаторів
На напругу до 330 кв.В окремих випадках встановлюють ПС с трьохобмотними трансформаторами.
Системні ПС во всіх випадках є вузловими.До системних також відносять всі ПС з автотрансформаторами.
По способу приєднання підстанції діляться на тупикові,розгалужуючі,транзитні,комбініровані.
Перші споживаються за рахунок однієї чи двух тупікових ліній.
Другі підключаються до однієї чи до двух тупікових ліній.
Треті включаються в розріз лінії.
Четверті,окрім живильних,мають також одну чи дві отхідні лінії.
По місцезнаходженюю Узлові та прохідні ПС діляться на ПС,
Що знаходяться на трассах одиночних,слабих внутрішньосистемних чи міжсистемних зв’язків систем,і на ПС,що являють собою потужні комутаційні вузли системи,через які проходять великі міжсистемні транзитні потоки потужності.По кількості трансформаторів вони можуть бути однотранформаторні,двохтранформаторні,трьохтранформаторні, чотирьохтранформаторні.
По методу захисту вони можуть виконуватись по спрощеним схемам, бувають с запобіжниками,короткозамикачами,відокремлювачами та вимикачами.
3.Визначення трансформатора
Трансформатором називають електромагнітний статичний пристрій, призначений для перетворення за допомогою явища електромагнітної індукції(відкрите Майклом Фарадеєм) змінного струму однієї напруги на змінний іншої напруги.
Пристрій найчастіше складається з двох (а іноді і більшої кількості) взаємо нерухомих електрично не пов'язаних між собою обмоток, розташованих на феромагнітному магнітопроводі. Обмотки мають між собою магнітний зв'язок, здійснювану змінним магнітним полем.
Феромагнітний магнітопровід призначений для посилення магнітного зв'язку між обмотками. Обмотки мають між собою магнітний зв'язок, здійснювану змінним магнітним полем.
Феромагнітний магнітопровід призначений для посилення магнітного зв'язку між обмотками.
Обмотка трансформатора, що споживає енергію з мережі, називають первинною обмоткою, а обмотка, що віддає енергію в мережу, - вторинною.
Якщо вторинна напруга менше первинної, то трансформатор називається знижуючим, а якщо більше - підвищуючим. У залежності від включення тих чи інших обмоток до мережі кожен трансформатор може бути як підвищуючим, так і знижуючим.
двохобмотні трансформатори призначені для мережі двох номінальних напруг,а трьохобмотні для трьох.
4.Класифікація трансформаторів та їх конструктивні особливості
Трансформатори можуть мати 2 або більше обмоток.
Залежно від призначення розрізняють силові трансформатори, вимірювальні трансформатори напруги і трансформатори струму.
Силові трансформатори перетворять змінний струм однієї напруги в змінний струм іншої напруги для живлення електроенергією споживачів. Залежно від призначення вони можуть бути підвищуючими або знижувальними. У розподільних мережах застосовують, як правило, трифазні двохобмотувальні знижуючі трансформатори, що перетворюють напругу 6 і 10 кВ в напругу 0,4 кВ.
Вимірювальні трансформатори напруги - це проміжні трансформатори, через які вмикаються вимірювальні прилади при високих напругах.Завдяки цьому вимірювальні прилади виявляються ізольованими від мережі, що робить можливим застосування стандартних приладів (з переградуюванням їх шкали) і тим самим розширює межі вимірюваних напруг.
Трансформатори напруги використовуються як для вимірювання напруги, потужності, енергії, так і для живлення ланцюгів автоматики, сигналізацій і релейного захисту ліній електропередач від замикання на землю.
У ряді випадків трансформатори напруги можуть бути використані як малопотужні понижуючі силові трансформатори або як підвищуючіі випробувальні трансформатори (для випробування ізоляції електричних апаратів).
Трансформатор струму являє собою допоміжний апарат, в якому вторинний струм практично пропорційний первинному струму і призначений для включення вимірювальних приладів і реле в електричні кола змінного струму. Трансформатори струму служать для перетворення струму будь-якого значення і напруги в струм, зручний для вимірювання стандартними приладами (5 А), харчування струмових обмоток реле, які відключають пристрої, а також для ізолювання приладів і обслуговуючого їх персоналу від високої напруги.
Класифікація трансформаторів напруги
Трансформатори напруги різняться:
а) за кількістю фаз - однофазні і трифазні;
б) за кількістю обмоток - двохобмотувальні й трьохобмотувальні;
в) по класу точності, тобто по допустимим значенням похибок;
г) за способом охолоджування - трансформатори з масляним охолодженням (масляні), з природним повітряним охолодженням (сухі та з литою ізоляцією);
д) за родом установки - для внутрішньої установки, для зовнішньої установки і для комплектних розподільчих пристроїв (КРУ).
Для напруг до 6 кВ трансформатори напруги виготовляють сухими, тобто з природним повітряним охолодженням. Для напруг вище 6 кВ застосовують масляні трансформатори напруги.
Трансформатори внутрішньої установки призначені для роботи при температурі навколишнього повітря від -40 до + 45 ° С з відносною вологістю до 80%.
В однофазних трансформаторах напруги на 6 до 10 кВ переважно застосовується виливана ізоляція. Трансформатори з виливаноюю ізоляцією повністю або частково (одні обмотки) залиті ізоляційною масою (епоксидною смолою). Такі трансформатори, призначені для внутрішньої установки, вигідно відрізняються від масляних: мають меншу масу і габаритні розміри і майже не вимагають відходу в експлуатації.
Трифазні двохобмотувальні трансформатори напруги мають звичайні трехстержневі магнітопроводи, а трьохобмотувальні - однофазні броньові. Трифазний триобмотувальний трансформатор являє собою групу з трьох однофазних однополюсних одиниць, обмотки яких з'єднані за відповідною схемою. Трифазні трьохобмотувальні трансформатори напруги старої серії (до 1968-1969 рр..) Мали бронестержневие магнітопроводи.
Трифазний трансформатор менше за масою і габаритами, ніж група з трьох однофазних трансформаторів. При роботі трифазного трансформатора для резерву потрібно мати інший трансформатор на повну потужність
У масляних трансформаторах основний ізолюючої і охолоджуючої середовищем є трансформаторне масло.
складається з магнітопровода, обмоток, бака, кришки з вводами. магнітопровід збирають з ізольованих один від одного (для зменшення втрат на вихрові струми) листів холоднокатаної електротехнічної сталі. Обмотки виготовляють з мідного або алюмінієвого проводу.
Для регулювання напруги обмотка ВН має відгалуження, що з'єднуються з перемикачем. У трансформаторах передбачено два види перемиканні відгалужень: під навантаженням - РПН (регулювання під навантаженням) і без навантаження, після відключення трансформатора від мережі - ПБВ (перемикання без збудження). Найбільш поширений другий спосіб регулювання напруги як найбільш простий.
Крім зазначених трансформаторів з масляним охолодженням (ТМ) випускаються трансформатори в герметичному виконанні (ТМГ), в яких масло не повідомляється з повітрям і, отже, виключається його прискорене окислення і зволоження.
Масляні трансформатори в герметичному виконанні повністю заповнені трансформаторним маслом і не мають розширювача, а температурні зміни його об'єму при нагріванні і охолодженні компенсуються зміною обсягу гофрів стінок бака. Ці трансформатори заповнюються маслом під вакуумом, внаслідок чого підвищується електрична міцність їх ізоляції.
Сухий трансформатор, так само як і масляний, складається з магнітопровода, обмоток ВН і НН, укладених в захисний кожух. Основним ізолюючим і охолоджуючим середовищем є атмосферне повітря. Однак повітря є менш досконалим ізолюючим і охолоджуючим середовищем, ніж трансформаторне масло. Тому в сухих трансформаторах всі ізоляційні проміжки і вентиляційні канали роблять більшими, ніж у масляних.
Сухі трансформатори виготовляють з обмотками зі стеклоізоляціею класу нагрівостійкості В (ТСЗ), а також з ізоляцією на кремнійорганічних лаках класу Н (ТСЗК). Для зменшення гігроскопічності обмотки покривають спеціальними лаками. Застосування в якості ізоляції обмоток зі скловолокна або азбесту дозволяє значно підвищити робочу температуру обмоток й отримати практично пожежобезпечну установку. Це властивість сухих трансформаторів яка дає можливість застосовувати їх для встановлення всередині сухих приміщень у тих випадках, для забезпечення пожежної безпеки стають вирішальним чинником.
Сухі трансформатори мають дещо більші габаритні розміри і масу (ТСЗ) і меншу перевантажувальну здатність, ніж масляні, і використовуються для роботи в закритих приміщеннях з відносною вологістю не більше 80%. До переваг сухих трансформаторів відносять їх пожежобезпечність (відсутність масла), порівняльну простоту конструкції і відносно малі витрати на експлуатацію.
Класифікація трансформаторів струму
Трансформатори струму класифікуються за різними ознаками:
1. За призначенням трансформатори струму можна розділити на вимірювальні, захисні, проміжні (для включення вимірювальних приладів в струмі ланцюга релейного захисту, для вирівнювання струмів в схемах диференціальних захистів і т. д.) та лабораторні (високої точності, і також з двома коефіцієнтами трансформації).
2. За родом установки розрізняють трансформатори струму:
а) для зовнішньої установки (у відкритих розподільних пристроях);
б) для внутрішньої установки;
в) вбудовані в електричні апарати та машини: вимикачі, трансформатори, генератори і т. д.;
г) накладні - одягаються зверху на прохідний ізолятор (наприклад, на високовольтний введення силового трансформатора);
д) переносні (для контрольних вимірів і лабораторних випробувань).
3. По конструкції первинної обмотки трансформатори струму діляться на:
а) многовітковие (котушкові, з петльовою обмоткою і з восьмерочной обмоткою);
б) одновитковим (стрижневі);
в) шинні.
4. За способом установки трансформатори струму для внутрішньої і зовнішньої установки розділяються на:
а) прохідні;
б) опорні.
5. По виконанню ізоляції трансформатори струму можна розбити на групи:
а) з сухою ізоляцією (порцеляна, бакеліт, лита епоксидна ізоляція і т. д.);
б) з паперово-масляною ізоляцією і з конденсаторної паперово-масляною ізоляцією;
в) з заливкою компаундом.
6. За кількістю ступенів трансформації є трансформатори струму:
а) одноступінчаті;
б) двоступінчасті (каскадні).
7. За робочій напрузі розрізняють трансформатори:
а) на номінальну напругу понад 1000 В;
б) на номінальну напругу до 1000 В.
Поєднання різних класифікаційних ознак вводиться в позначення типу трансформаторів струму, що складається з буквенної і цифрової частин.
Трансформатори струму характеризуються номінальним струмом, напругою, класом точності і конструктивним виконанням. На напрузі 6-10 кВ їх виготовляють опорними і прохідними з однією і двома вторинними обмотками класів точності 0,2; 0,5; 1 і 3. Клас точності вказує граничну похибку, що вноситься трансформатором струму в результати вимірів.
Трансформатори класів точності 0,2, що мають мінімальну похибку, використовують для лабораторних вимірювань, 0,5 - для живлення лічильників, 1 і 3 - для живлення струмових обмоток реле та приладів технічних вимірювань. Для безпечної експлуатації вторинні обмотки повинні бути заземлені і не повинні бути розімкнуті.
При монтажі розподільних пристроїв напругою 6-10 кВ застосовують трансформатори струму з литою і фарфорового ізоляцією, а при напрузі до 1000 В - з литої, бавовняної і фарфоровою.
У триобмоткових трансформаторах на магнітопровід поміщають три ізольовані один від одного обмотки. Такий трансформатор, що живиться з боку однієї з обмоток, дає можливість отримувати два різні напруги і постачати електричною енергією дві різні групи приймачів. Крім обмоток вищої і нижчої напруги триобмотковий трансформатор має обмотку середньої напруги (СН).
Обмоткам трансформатора надають переважно циліндричну форму, виконуючи їх при малих струмах з круглого мідного ізольованого проводу, а при великих струмах - з мідних шин прямокутного перерізу
Ближче до магнітопроводу розташовують обмотку нижчої напруги, тому що її легше ізолювати від нього, ніж обмотку вищої напруги.
Обмотку нижчої напруги ізолюють від стрижня прошарком з будь-якого ізолюючих матеріалу. Таку ж ізолюючу прокладку поміщають між обмотками вищої і нижчої напруги.
При циліндричних обмотках поперечному перерізу стрижня муздрамтеатру бажано надати круглу форму, щоб у площі, охоплюваній обмотками, не залишалося немагнітних проміжків. Чим менше немагнітні проміжки, тим менше довжина витків обмоток, а отже, і маса міді при заданій площі перетину сталевого стрижня.
Однак стрижні круглого перерізу виготовляти складно. Магнітопровід набирають з тонких сталевих листів, і для отримання стрижня круглого перерізу знадобилося б велике число сталевих листів різної ширини, а це вимагало б виготовлення безлічі штампів. Тому в трансформаторах великої потужності стрижень має ступеневий поперечний переріз з числом ступенів не більше 15-17. Кількість ступенів перерізу стрижня визначається числом кутів в одній чверті кола. Ярмо магнітопровода, тобто та його частина, яка з'єднує стрижні, має також поетапний розтин.
Для кращого охолодження в магнитопроводах, а також в обмотках потужних трансформаторів влаштовують вентиляційні канали в площинах, паралельних і перпендикулярних площині сталевих листів.
У трансформаторах малої потужності площа перетину дроту мала і виконання обмоток спрощується. Магнітопроводи таких трансформаторів мають прямокутний перетин.
підстанція трансформатор електроенергетика
5.Номінальні дані трансформатора
Корисна потужність, на яку розрахований трансформатор за умовами нагрівання, тобто потужність його вторинної обмотки при повному (номінальною) навантаженні називається номінальною потужністю трансформатора. Ця потужність виражається в одиницях повної потужності - у вольтамперах (ВА) або кіловольт-амперах (кВА). У ватах або кіловатах виражається активна потужність трансформатора, тобто та потужність, яка може бути перетворена з електричної в механічну, теплову, хімічну, світлову і т. д.
Перетину дротів обмоток і всіх частин трансформатора, так само як і будь-якого електротехнічного апарату або електричної машини, визначаються не активної складової струму або активною потужністю, а повним струмом, що протікає по провіднику і, отже, повної потужністю. Всі інші величини, що характеризують роботу трансформатора в умовах, на які він розрахований, також називаються номінальними.
Кожен трансформатор забезпечений щитком з матеріалу, який не піддається атмосферним впливам. Щиток прикріплений до бака трансформатора на видному місці і містить його номінальні дані, які нанесені травленням, гравіюванням, вибиванням або іншим способом, що забезпечує довговічність знаків. На щитку трансформатора вказані наступні дані:
1. Марка заводу-виготовлювача.
2. Рік випуску.
3. Заводський номер.
4. Позначення типу.
5. Номер стандарту, якому відповідає виготовлений трансформатор.
6. Номінальна потужність (кВА). (Для триобмоткових трансформаторів вказують потужність кожної обмотки.)
7. Номінальні напруги і напруги відгалужень обмоток (В або кВ).
8. Номінальні струми кожної обмотки (А).
9. Число фаз.
10. Частота струму (Гц).
11. Схема і група з'єднання обмоток трансформатора.
12. Напруга короткого замикання (%).
13. Рід установки (внутрішня чи зовнішня).
14. Спосіб охолодження.
15. Повна маса трансформатора (кг або т).
16. Маса олії (кг або т).
17. Маса активної частини (кг або т).
18. Положення перемикача, позначені на його приводі.
Для трансформатора зі штучним повітряним охолодженням додатково вказана потужність його при відключеному охолодженні. Заводський номер трансформатора вибитий також на баку під щитком, на кришці близько введення ВН фази А і на лівому кінці верхньої полиці ярмовой балки магнітопроводу.
Умовне позначення трансформатора складається з буквеної і цифрової частин. Букви означають наступне: Т - трифазний трансформатор, О - однофазний, М - природне масляне охолоджування, Д - масляне охолоджування з дуттям (штучне повітряне та з природною циркуляцією масла), Ц - масляне охолоджування з примусовою циркуляцією масла через водяний охолоджувач, ДЦ - масляне з дуттям і примусової циркуляцією масла, Г - грозоупорний трансформатор, Н в кінці позначення - трансформатор з регулюванням напруги під навантаженням, Н на другому місці - заповнений негорючим рідким діелектриком, Т на третьому місці - триобмотковий трансформатор.
Перше число, що стоїть після буквеного позначення трансформатора, показує номінальну потужність (кВА), друге число - номінальна напруга обмотки ВН (кВ). Так, тип ТМ 6300/35 означає трифазні двохобмотувальні трансформатор з природним масляним охолодженням потужністю 6300 кВА і напругою обмотки ВН 35 кВ.
Буква А в позначенні типу трансформатора означає автотрансформатор. У позначенні триобмоткових автотрансформаторів букву А ставлять або першої, або останньої. Якщо автотрансформаторного схема є основною (обмотки ВН і СН утворюють автотрансформатор, а обмотка НН додаткова), букву А ставлять першою, якщо автотрансформаторного схема є додатковою, букву А ставлять останньої.
6.Визначення автотрансформатора
Навідміну від трансформатора автотранформатор має ще електричний зв’язок між обмотками(оскількі обмотки з’єднанні напряму).
7. Конструктивні особливості автотрансформатора
габарити і маса автотрансформатора залежать від розрахункової потужності, яка є лише частиною його номінальної потужності.
Зниження габаритів і маси автотрансформатора відбувається як за рахунок обмоточного дроту, так і за рахунок сталі. Витрата обмоточного дроту зменшується внаслідок об'єднання обмотки нижчої напруги з обмоткою вищої напруги, а також через зменшення перетину провідників загальної частини обмотки (ділянка ах). Зі зменшенням витрат дроти зменшується простір, необхідне для розміщення обмотки у вікні магнітної системи, що дозволяє зменшити або висоту стержнів, або довжину ярем, а отже, скоротити витрати сталі на виготовлення автотрансформатора.
Зниження маси активних матеріалів призводить до зменшення електричних і магнітних втрат. Тому при однаковій номінальній потужності ККД автотрансформатора завжди вище, ніж трансформатора.
Недоліком автотрансформатора є те, що у нього вторинний ланцюг виявляється електрично з'єднаним з первинної ланцюгом, тому ізоляція обмоток автотрансформатора повинна вибиратися виходячи з напруги UВН. Іншим недоліком автотрансформатора є те, що він у порівнянні з трансформатором має великий струм короткого замикання. Відбувається це тому, що струм короткого замикання в автотрансформатори обмежується опором не всієї обмотки, а тільки її частиною Аа.
Автотрансформатори застосовуються як для зниження так і для підвищення напруги. Конструктивно обмотки Аа і Ах розташовуються на стрижні у вигляді двох концентричних котушок однакової висоти, що сприяє зменшенню їх індуктивного опору розсіювання.
8.Роль підстанцій трансформаторів та автотрансформаторів в електроенергетиці
Транформаторні підстанції мають дуже важливе значення в електроенергетиці оскільки
Струм що передається з електростанцій має дуже велику напругу та силу струму.Струм передається по високовольтним ЛЕП і щоб зменшити втрати потужності струму за допомогою підвишуючих трансформаторів(які є складовою трансформаторних підстанцій) збільшують напругу та відповідно зменшують силу струму тому потужність струму залишається незмінною а втрата потужності зменшується.Потім знижуючими трансформаторами зменшують напругу і силу струму відповідно, яка необхідна споживачу.
Щодо перетворюючих підстанцій вони необхідні для перетворення змінного струму в постійний струм(за допомогою випрямлювачів) або навпаки(задопомогою інверторів) оскількі багато електро установок працюють на постійному струмі.
постійному струмі наприклад :прокатні станки,гальвонічний ванни,міський транспорт тощо.Перетворюючи підстанції просто необхідні для роботи цих електро установок.
Для ЛЕП постійного трьохфазного струму на початку лінії за допомогою перетворюючої підстанціії змінний струм перетворюють в постійний(за допомогою вирівнювача) а в кінці лінії постійний струм в змінний(за допомогою інвертора).Процес передачі струму через ЛЕП
Зазвичай видобуток и споживання електроенергії відбуваються на змінному струмі а передача на постійному.
Автотрансформатори найчастіше використовують для зв’зку мереж близьких по номінальній напрузі с заземленною нейтраллю.Але роль у нього така сама як і в трансформаторів.
Список використаної літератури
1.Н.В Буслова,В.Н. Винославський,Г.И Денисенко,В.С Перхач “Електричні системи та мережі” 1986
2.В.В.Афанасьєв,Н.М.Адоньєв,Л.В.Жалаліс,
І.М.Сирота,Б.С.Стогній “Трансформатори струму”1980.