Міністерствоосвіти і науки України
НТУУ“КПІ”
Кафедраелектричних мереж та систем
Реферат
Тема:Підстанції. Трансформатори та автотрансформатори
Виконав: ТаранюкЛ.А
Перевірила: ствикл Янковська Е.М
Київ2010
Зміст
1.Історія
2.Класифікація підстанцій
3.Визначення трансформатора
4. Класифікація трансформаторів та їх конструктивніособливості
5. Номінальні дані трансформатора
6. Визначення автотрансформатора
7. Конструктивні особливості автотрансформатора1
8. Роль трансформаторів, автотрансформаторів тапідстанцій в електроенергетиці
1.Історія
Почнемо з історії:як відомо трансфоаматор слугує для зміни напруги, та сили струму вєлектромережі в основі якого лежить явище єлектромагнітної індукції, але про цепотім докладніше.
Все почалося звідкриттям явища електромагнітної індукції фардеєм в 1831 році, що поклалопочаток відкриття транформатора.
30 листопада 1876року Яблочковий Павло Миколаєвич винайшов перший трансформатор який мав воснові розімкнутий сердечник
Першийтрансформатор із замкнутим сердечником був винайдений в 1884 році братами Джономі Едвардом гопкінсонами.
Потім люди масовопочали переходити на змнний струм тому
Необхідий бувтрансформатор змінного струму. Такий трансформатор винайшов Уільям Гроув в 1889році.
Наступний крокполягав у підключенні освітлювальних ламп не послідовно як раніше апаралельно.Це було зроблено трьома інженерами компанії Ganz and company.Він мавзамкнутий залізний сердечник, що підвищувало його характеристики.В 1900 роціанглійський вчений Роберт Хедфилд провів досліди щодо впливу домішок на властивості заліза що дозволиловиготовляти трансформатори з добавками кремнія.В подальшому трансформаториудосконалювались,їх розміри зменшувались а економічність підвищувалась.
Підстанціїскладаються з багатьох елементів тому підстанції розвивалися в залежності від розвиткуїї складових.
2.Класифікаціяпідстанцій
Підстанціїспоруджують для перетворення електроенергії в цілях її подальшої передачі.
Підстанції мають такіскладові: трансформатор, автотрансформатор, перетворювачі, КУ, пристроїрозподілення електроеонергії що не є складовою підстанцій називаютьрозподільчими пунктами.В залежності від функції що виконує підстанція,підстанції бувають трансформаторні та перетворюючі.
Також допідстанцій відносять деякі електроустановки що не містять трансформаторівнаприклад перемикаючий пункт: призначений для секціювання
ЛЕП, включення БКпродольної компенсаціії та шунтування реакторів. Підстанції розділяють натрансформаторні та перетворюючі.
Трансформаторніпідстанції призначені для перетворення одного класу напруги змінного струму вінший за допомогою трансформаторів.
Перетворюючіпідстанції призначені для зміни типу струму або його частоти.
Також підстанціїділяться на три основні категорії:
ПС, що здійснюютьроботу по спрощеним схемам (без вимикачів) прохідні ПС(с малою кількістю лінійта вимикачів) вузлові ПС (Потужні комутаційні вузлом системи).
По призначенню ПСділяться на споживчі і системні.
Першіхарактеризуються установкою двох обмотних трансформаторів
На напругу до 330кв.В окремих випадках встановлюють ПС с трьохобмотними трансформаторами.
Системні ПС вовсіх випадках є вузловими.До системних також відносять всі ПС завтотрансформаторами.
По способуприєднання підстанції діляться на тупикові, розгалужуючі, транзитні, комбініровані.
Першіспоживаються за рахунок однієї чи двух тупікових ліній.
Другіпідключаються до однієї чи до двух тупікових ліній.
Треті включаютьсяв розріз лінії.
Четверті, окрім живильних, маютьтакож одну чи дві отхідні лінії.
Помісцезнаходженюю Узлові та прохідні ПС діляться на ПС,
Що знаходяться натрассах одиночних, слабих внутрішньосистемних чи міжсистемних зв’язків систем,іна ПС, що являють собою потужні комутаційні вузли системи, через які проходятьвеликі міжсистемні транзитні потоки потужності.По кількості трансформаторіввони можуть бути однотранформаторні, двохтранформаторні, трьохтранформаторні,чотирьохтранформаторні.
По методу захистувони можуть виконуватись по спрощеним схемам, бувають с запобіжниками, короткозамикачами, відокремлювачамита вимикачами.
3.Визначення трансформатора
Трансформатором називають електромагнітний статичнийпристрій, призначений для перетворення за допомогою явища електромагнітноїіндукції(відкрите Майклом Фарадеєм) змінного струму однієї напруги на зміннийіншої напруги.
Пристрій найчастіше складається з двох (а іноді і більшої кількості)взаємо нерухомих електрично не пов’язаних між собою обмоток, розташованих наферомагнітному магнітопроводі. Обмоткимають між собою магнітний зв’язок, здійснювану змінним магнітним полем.
Феромагнітний магнітопровід призначений для посилення магнітного зв’язкуміж обмотками. Обмоткимають між собою магнітний зв’язок, здійснювану змінним магнітним полем.
Феромагнітний магнітопровід призначений для посилення магнітного зв’язкуміж обмотками.
Обмотка трансформатора, що споживає енергію з мережі, називають первинноюобмоткою, а обмотка, що віддає енергію в мережу, — вторинною.
Якщо вторинна напруга менше первинної, то трансформатор називаєтьсязнижуючим, а якщо більше — підвищуючим. У залежності від включення тих чи іншихобмоток до мережі кожен трансформатор може бути як підвищуючим, так і знижуючим.
двохобмотні трансформатори призначені для мережі двох номінальнихнапруг, а трьохобмотні для трьох.
4.Класифікаціятрансформаторів та їх конструктивні особливості
Трансформаториможуть мати 2 або більше обмоток.
Залежно від призначення розрізняють силовітрансформатори, вимірювальні трансформатори напруги і трансформатори струму.
Силові трансформатори перетворять змінний струм однієїнапруги в змінний струм іншої напруги для живлення електроенергією споживачів.Залежно від призначення вони можуть бути підвищуючими або знижувальними. Урозподільних мережах застосовують, як правило, трифазні двохобмотувальнізнижуючі трансформатори, що перетворюють напругу 6 і 10 кВ в напругу 0,4 кВ.
Вимірювальні трансформатори напруги — це проміжнітрансформатори, через які вмикаються вимірювальні прилади при високихнапругах.Завдяки цьому вимірювальні прилади виявляються ізольованими відмережі, що робить можливим застосування стандартних приладів (зпереградуюванням їх шкали) і тим самим розширює межі вимірюваних напруг.
Трансформатори напруги використовуються як длявимірювання напруги, потужності, енергії, так і для живлення ланцюгівавтоматики, сигналізацій і релейного захисту ліній електропередач від замиканняна землю.
У ряді випадків трансформатори напруги можуть бутивикористані як малопотужні понижуючі силові трансформатори або як підвищуючіівипробувальні трансформатори (для випробування ізоляції електричних апаратів).
Трансформатор струму являє собою допоміжний апарат, вякому вторинний струм практично пропорційний первинному струму і призначенийдля включення вимірювальних приладів і реле в електричні кола змінного струму.Трансформатори струму служать для перетворення струму будь-якого значення інапруги в струм, зручний для вимірювання стандартними приладами (5 А),харчування струмових обмоток реле, які відключають пристрої, а також для ізолюванняприладів 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 зовнішньоїустановки і для комплектних розподільчих пристроїв (КРУ).
Для напруг до 6 кВ трансформатори напруги виготовляють сухими, тобто зприродним повітряним охолодженням. Для напруг вище 6 кВ застосовують маслянітрансформатори напруги.
Трансформатори внутрішньої установки призначені для роботи притемпературі навколишнього повітря від -40 до + 45 ° С з відносною вологістю до80%.
В однофазних трансформаторах напруги на 6 до 10 кВ переважнозастосовується виливана ізоляція. Трансформатори з виливаноюю ізоляцієюповністю або частково (одні обмотки) залиті ізоляційною масою (епоксидноюсмолою). Такі трансформатори, призначені для внутрішньої установки, вигідновідрізняються від масляних: мають меншу масу і габаритні розміри і майже невимагають відходу в експлуатації.
Трифазні двохобмотувальні трансформатори напруги маютьзвичайні трехстержневі магнітопроводи, а трьохобмотувальні — однофазніброньові. Трифазний триобмотувальний трансформатор являє собою групу з трьоходнофазних однополюсних одиниць, обмотки яких з’єднані за відповідною схемою.Трифазні трьохобмотувальні трансформатори напруги старої серії (до 1968-1969рр..) Мали бронестержневие магнітопроводи.
Трифазний трансформатор менше за масою і габаритами, ніж група з трьоходнофазних трансформаторів. При роботі трифазного трансформатора для резервупотрібно мати інший трансформатор на повну потужність
У масляних трансформаторах основний ізолюючої і охолоджуючої середовищемє трансформаторне масло.
складається з магнітопровода, обмоток, бака, кришки з вводами. магнітопровідзбирають з ізольованих один від одного (для зменшення втрат на вихрові струми)листів холоднокатаної електротехнічної сталі. Обмотки виготовляють з мідногоабо алюмінієвого проводу.
Для регулювання напруги обмотка ВН має відгалуження, що з’єднуються зперемикачем. 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) випускаютьсятрансформатори в герметичному виконанні (ТМГ), в яких масло не повідомляється зповітрям і, отже, виключається його прискорене окислення і зволоження.
Масляні трансформатори в герметичному виконанні повністю заповненітрансформаторним маслом і не мають розширювача, а температурні зміни йогооб’єму при нагріванні і охолодженні компенсуються зміною обсягу гофрів стінокбака. Ці трансформатори заповнюються маслом під вакуумом, внаслідок чогопідвищується електрична міцність їх ізоляції.
Сухий трансформатор, так само як і масляний, складаєтьсяз магнітопровода, обмоток ВН і НН, укладених в захисний кожух. Основнимізолюючим і охолоджуючим середовищем є атмосферне повітря. Однак повітря є меншдосконалим ізолюючим і охолоджуючим середовищем, ніж трансформаторне масло.Тому в сухих трансформаторах всі ізоляційні проміжки і вентиляційні каналироблять більшими, ніж у масляних.
Сухі трансформатори виготовляють з обмотками зістеклоізоляціею класу нагрівостійкості В (ТСЗ), а також з ізоляцією накремнійорганічних лаках класу Н (ТСЗК). Для зменшення гігроскопічностіобмотки покривають спеціальними лаками. Застосування в якості ізоляції обмоток зіскловолокна або азбесту дозволяє значно підвищити робочу температуру обмоток йотримати практично пожежобезпечну установку. Це властивість сухихтрансформаторів яка дає можливість застосовувати їх для встановлення всередині сухихприміщень у тих випадках, для забезпечення пожежної безпеки стають вирішальнимчинником.
Сухі трансформатори мають дещо більші габаритні розміри і масу (ТСЗ) іменшу перевантажувальну здатність, ніж масляні, і використовуються для роботи взакритих приміщеннях з відносною вологістю не більше 80%. До переваг сухихтрансформаторів відносять їх пожежобезпечність (відсутність масла), порівняльнупростоту 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 ланцюгарелейного захисту, для вирівнювання струмів в схемах диференціальних захистів іт. д.) та лабораторні (високої точності, і також з двома коефіцієнтамитрансформації).
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 лабораторнихвипробувань).
3. По конструкції первинної обмоткитрансформатори струму діляться на:
а) многовітковие (котушкові, з петльовою обмоткою і з восьмерочнойобмоткою);
б) одновитковим (стрижневі);
в) шинні.
4. За способом установки трансформатори струму для внутрішньої ізовнішньої 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-масляноюізоляцією;
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 впозначення типу трансформаторів струму, що складається з буквенної і цифровоїчастин.
Трансформатори струму характеризуються номінальнимструмом, напругою, класом точності і конструктивним виконанням. На напрузі 6-10кВ їх виготовляють опорними і прохідними з однією і двома вторинними обмоткамикласів точності 0,2; 0,5; 1 і 3. Клас точності вказує граничну похибку, що вноситьсятрансформатором струму в результати вимірів.
Трансформатори класів точності 0,2, що мають мінімальнупохибку, використовують для лабораторних вимірювань, 0,5 — для живленнялічильників, 1 і 3 — для живлення струмових обмоток реле та приладів технічнихвимірювань. Для безпечної експлуатації вторинні обмотки повиннібути заземлені і не повинні бути розімкнуті.
При монтажі розподільних пристроїв напругою 6-10 кВ застосовуютьтрансформатори струму з литою і фарфорового ізоляцією, а при напрузі до 1000 В- з литої, бавовняної і фарфоровою.
У триобмоткових трансформаторах на магнітопровідпоміщають три ізольовані один від одного обмотки. Такий трансформатор, щоживиться з боку однієї з обмоток, дає можливість отримувати два різні напруги іпостачати електричною енергією дві різні групи приймачів. Крім обмоток вищої інижчої напруги триобмотковий трансформатор має обмотку середньої напруги (СН).
Обмоткам трансформатора надають переважно циліндричну форму, виконуючи їхпри малих струмах з круглого мідного ізольованого проводу, а при великихструмах — з мідних шин прямокутного перерізу
Ближче до магнітопроводу розташовують обмотку нижчої напруги, тому що їїлегше ізолювати від нього, ніж обмотку вищої напруги.
Обмотку нижчої напруги ізолюють від стрижня прошарком з будь-якогоізолюючих матеріалу. Таку ж ізолюючу прокладку поміщають між обмотками вищої інижчої напруги.
При циліндричних обмотках поперечному перерізу стрижня муздрамтеатрубажано надати круглу форму, щоб у площі, охоплюваній обмотками, не залишалосянемагнітних проміжків. Чим менше немагнітні проміжки, тим менше довжина витківобмоток, а отже, і маса міді при заданій площі перетину сталевого стрижня.
Однак стрижні круглого перерізу виготовляти складно. Магнітопровіднабирають з тонких сталевих листів, і для отримання стрижня круглого перерізузнадобилося б велике число сталевих листів різної ширини, а це вимагало бвиготовлення безлічі штампів. Тому в трансформаторах великої потужностістрижень має ступеневий поперечний переріз з числом ступенів не більше 15-17.Кількість ступенів перерізу стрижня визначається числом кутів в одній чвертікола. Ярмо магнітопровода, тобто та його частина, яка з’єднує стрижні, маєтакож поетапний розтин.
Для кращого охолодження в магнитопроводах, а також в обмотках потужнихтрансформаторів влаштовують вентиляційні канали в площинах, паралельних іперпендикулярних площині сталевих листів.
У трансформаторах малої потужності площа перетину дроту мала і виконанняобмоток спрощується. Магнітопроводи таких трансформаторів мають прямокутнийперетин.
підстанціятрансформатор електроенергетика
5.Номінальні дані трансформатора
Корисна потужність, на яку розрахований трансформатор за умоваминагрівання, тобто потужність його вторинної обмотки при повному (номінальною) навантаженніназивається номінальною потужністю трансформатора. Ця потужність виражається водиницях повної потужності — у вольтамперах (ВА) або кіловольт-амперах (кВА). Уватах або кіловатах виражається активна потужність трансформатора, тобто тапотужність, 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 повнимструмом, що протікає по провіднику і, отже, повної потужністю. Всі іншівеличини, що характеризують роботу трансформатора в умовах, на які вінрозрахований, також називаються номінальними.
Кожен трансформатор забезпечений щитком з матеріалу, який не піддаєтьсяатмосферним впливам. Щиток прикріплений до бака трансформатора на видному місціі містить його номінальні дані, які нанесені травленням, гравіюванням,вибиванням або іншим способом, що забезпечує довговічність знаків. На щиткутрансформатора 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 трансформаторіввказують 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 вказанапотужність його при відключеному охолодженні. Заводський номер трансформаторавибитий також на баку під щитком, на кришці близько введення ВН фази А і налівому кінці верхньої полиці ярмовой балки магнітопроводу.
Умовне позначення трансформатора складається з буквеної і цифровоїчастин. Букви означають наступне: Т — трифазний трансформатор, О — однофазний,М — природне масляне охолоджування, Д — масляне охолоджування з дуттям (штучнеповітряне та з природною циркуляцією масла), Ц — масляне охолоджування зпримусовою циркуляцією масла через водяний охолоджувач, ДЦ — масляне з дуттям і примусової циркуляцією масла, Г — грозоупорний трансформатор, Н в кінці позначення — трансформатор з регулюваннямнапруги під навантаженням, Н на другому місці — заповнений негорючим рідкимдіелектриком, Т на третьому місці — триобмотковий трансформатор.
Перше число, що стоїть після буквеного позначеннятрансформатора, показує номінальну потужність (кВА), друге число — номінальнанапруга обмотки ВН (кВ). Так, тип ТМ 6300/35 означає трифазнідвохобмотувальні трансформатор з природним масляним охолодженням потужністю6300 кВА і напругою обмотки ВН 35 кВ.
Буква А в позначенні типу трансформатора означаєавтотрансформатор. У позначенні триобмоткових автотрансформаторів букву Аставлять або першої, або останньої. Якщо автотрансформаторного схема є основною(обмотки ВН і СН утворюють автотрансформатор, а обмотка НН додаткова), букву Аставлять першою, якщо автотрансформаторного схема є додатковою, букву Аставлять останньої.
6.Визначення автотрансформатора
Навідміну від трансформатора автотранформатор має ще електричний зв’язокміж обмотками(оскількі обмотки з’єднанні напряму).
7. Конструктивні особливостіавтотрансформатора
габарити і маса автотрансформаторазалежать від розрахункової потужності, яка є лише частиною його номінальноїпотужності.
Зниження габаритів і масиавтотрансформатора відбувається як за рахунок обмоточного дроту, так і зарахунок сталі. Витрата обмоточного дроту зменшуєтьсявнаслідок об’єднання обмотки нижчої напруги з обмоткою вищої напруги, а такожчерез зменшення перетину провідників загальної частини обмотки (ділянка ах). Зі зменшенням витрат дроти зменшується простір,необхідне для розміщення обмотки у вікні магнітної системи, що дозволяєзменшити або висоту стержнів, або довжину ярем, а отже, скоротити витрати сталіна виготовлення автотрансформатора.
Зниження маси активних матеріалівпризводить до зменшення електричних і магнітних втрат. Тому при однаковійномінальній потужності ККД автотрансформатора завжди вище, ніж трансформатора.
Недоліком автотрансформатора є те, щоу нього вторинний ланцюг виявляється електрично з’єднаним з первинної ланцюгом,тому ізоляція обмоток автотрансформатора повинна вибиратися виходячи з напругиUВН. Іншим недоліком автотрансформатора є те, що він у порівнянні зтрансформатором має великий струм короткого замикання. Відбувається це тому, щострум короткого замикання в автотрансформатори обмежується опором не всієїобмотки, а тільки її частиною Аа.
Автотрансформатори застосовуються якдля зниження так і для підвищення напруги. Конструктивно обмотки Аа і Ахрозташовуються на стрижні у вигляді двох концентричних котушок однакової висоти,що сприяє зменшенню їх індуктивного опору розсіювання.
8.Роль підстанцій трансформаторів та автотрансформаторів велектроенергетиці
Транформаторні підстанції мають дуже важливе значення в електроенергетиціоскільки
Струм щопередається з електростанцій має дуже велику напругу та силу струму.Струмпередається по високовольтним ЛЕП і щоб зменшити втрати потужності струму задопомогою підвишуючих трансформаторів(які є складовою трансформаторнихпідстанцій) збільшують напругу та відповідно зменшують силу струму томупотужність струму залишається незмінною а втрата потужності зменшується.Потімзнижуючими трансформаторами зменшують напругу і силу струму відповідно, яканеобхідна споживачу.
Щодоперетворюючих підстанцій вони необхідні для перетворення змінного струму впостійний струм(за допомогою випрямлювачів) або навпаки(задопомогою інверторів)оскількі багато електро установок працюють на постійному струмі.
постійному струмінаприклад: прокатні станки, гальвонічний ванни, міський транспорт тощо.Перетворюючипідстанції просто необхідні для роботи цих електро установок.
Для ЛЕПпостійного трьохфазного струму на початку лінії за допомогою перетворюючоїпідстанціії змінний струм перетворюють в постійний(за допомогою вирівнювача) ав кінці лінії постійний струм в змінний(за допомогою інвертора).Процес передачіструму через ЛЕП
Зазвичайвидобуток и споживання електроенергії відбуваються на змінному струмі апередача на постійному.
Автотрансформаторинайчастіше використовують для зв’зку мереж близьких по номінальній напрузі с заземленноюнейтраллю.Але роль у нього така сама як і в трансформаторів.
Списоквикористаної літератури
1.Н.В Буслова, В.Н. Винославський, Г.ИДенисенко, 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.