1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электроэнергии переменного тока одного напряжения в другое. В городских распределительных сетях применяются, как правило, трансформаторы, понижающие напряжение до значений, целесообразных и допустимых по условиям подвода электроэнергии к потребителям.
По числу фаз трансформаторы разделяются на однофазные и трехфазные, по количеству обмоток различного напряжения - на двухобмоточные и трехобмоточные. Существуют также трансформаторы с расщепленными обмотками, обычно имеющие две одинаковые обмотки низшего напряжения.
Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как в них потери на 12-15% ниже, а расход активных материалов и стоимость на 20-25% меньше, чем в группе трех однофазных трансформаторов такой же суммарной мощности.
Трехфазные трансформаторы на напряжение 220кВ изготовляют мощностью до 1000 МВА, на 330кВ - 1250 МВА, на 500кВ - 1000МВА, Предельная единичная мощность трансформаторов ограничивается массой, размерами, условиями транспортировки.
Однофазные трансформаторы применяются, если невозможно изготовление трехфазных трансформаторов необходимой мощности или затруднена их транспортировка. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов напряжением 500кВ - 3 * 533МВА, напряжением 750кВ - 3 * 417МВА, напряжением 1150кВ - 3 * 667МВА.
Условные обозначения понижающих и повышающих трансформаторов и автотрансформаторов в схемах электрических систем электроснабжения показаны на рисунке 1.
Рисунок 1 - Условные обозначения трансформаторов и автотрансформаторов на схемах: а, б - двухобмоточные нерегулируемые; в - регулируемый; г - трехобмоточный регулируемый; д - автотрансформатор; е, ж - регулируемый и нерегулируемый двухобмоточные трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения.
Основными электрическими параметрами трансформаторов являются:
· номинальная мощность, то есть значение полной мощности, на которую непрерывно в течение всего срока службы может быть нагружен трансформатор при номинальном напряжении и номинальных температурных условиях окружающей среды:
- для двухобмоточного трансформатора - это мощность каждой из его обмоток;
- для автотрансформаторов - номинальная мощность каждой из сторон, имеющих между собой автотрансформаторную связь («проходная мощность»);
· номинальные напряжения обмоток, соответствующие напряжения холостого хода (напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе трансформатора):
- для трехобмоточного трансформатора - это его линейное (междуфазное) напряжение;
- для однофазного трансформатора, предназначенного для включения в трехфазную группу, соединенную в звезду, - это U / v3.
· номинальный ток обмотки - ток, определяемый по номинальной мощности и номинальному напряжению обмотки;
· напряжение короткого замыкания, характеризующее полное сопротивление трансформатора и определяющее величину падение напряжения в его обмотках;
· номинальный ток холостого хода, характеризующий потери электрической мощности на намагничивание магнитопровода трансформатора (потери в стали);
· потери холостого хода (потери в меди), соответствующие режиму полной нагрузки трансформатора и характеризующие экономичность его работы;
· потери короткого замыкания (потери в стали на вихревые токи и перемагничивание), соответствующие режиму работы при номинальном напряжении и также являющиеся одним из показателей экономичности работы трансформатора;
· схемы соединения обмоток:
- звезда;
- звезда с выведенной нейтралью;
- треугодьник.
Обмотки ВН напряжением 35кВ и выше соединяют в звезду, так как при этом удешевляется междувитковая изоляция, которую можно выполнять из расчета на фазное, а не на линейное напряжение.
Соединение в звезду обмотки ВН позволяет выполнять внутреннюю изоляцию из расчета фазной ЭДС, то есть в v3 раз меньше линейной.
Обмотки НН напряжением 6 - 10кВ чаще соединяют в треугольник, что позволяет уменьшить сечение обмотки, рассчитав сечение обмотки на фазный (I/ v 3), а не на линейный ток.
Кроме того, при соединении обмотки трансформатора в треугольник создается замкнутый контур для токов высоких гармоник, кратный трем, которые при этом не выходят во внешнюю сеть, вследствие чего улучшается симметрия напряжения на нагрузке.
· группа соединения обмоток определяется углом, отчитываемым по часовой стрелке от вектора первичного напряжения к одноименному вектору вторичного напряжения.
В трехфазном трансформаторе применением разных способов соединений обмоток можно образовать двенадцать различных групп соединений, причем при схемах соединения обмоток звезда - звезда мы может получить любую четную группу (0, 2, 4, 6, 8, 10), а при схеме звезда - треугольник или треугольник - звезда любую нечетную группу (1, 3, 5, 7, 9, 11).
Рисунок 2 - Принципиальные схемы трансформаторов: а - двухобмоточного; б - трехобмоточного; в - с - расщепленными обмотками низкого напряжения.
На рисунке 3 показано соединение обмоток группы однофазных трансформаторов ОРЦ-533000/ 500, предназначенных для энергоблока 1200МВт. Каждая фаза трансформатора выполнена на двухстержневом магнитопроводе. Соединение обмоток, расположенных на первом стержне, образует схему треугольник - звезда с выведенной нейтралью - 11, а на втором звезда - звезда с выведенной нейтралью - 0 (или 12).
Соединение обмоток в звезду с выведенной нулевой точкой применяется в том случае, когда нейтраль обмотки должна быть заземлена.
Рисунок 3 - Соединение обмоток и векторные диаграммы напряжений однофазных трансформаторов для присоединения к шестифазному генератору
Эффективное заземление нейтрали обмотки обмоток ВН обязательно в трансформаторах 330кВ и выше и во всех классах автотрансформаторах. Системы 110, 150 и 220кВ также работают с эффективно-заземленной нейтралью, однако для уменьшения токов однофазного КЗ нейтрали части могут быть разземлены. Так как изоляция нулевых выводов не рассчитаны на полное напряжение, то в режиме разземления нейтрали необходимо снизить возможные перенапряжения путем присоединения разрядников к нулевой точке трансформатора (рисунок 4). Нейтраль заземляется же на вторичных обмотках трансформаторов, питающих четырехпроводные сети 380/ 220 и 220/ 127В. Нейтрали обмоток при напряжении 10 - 35кВ не заземляются или заземляются через дугогасящую катушку для компенсации емкостных токов.
Рисунок 4 - Способы заземления нейтралей трансформаторов:
а - у трансформаторов 110 - 220кВ без РПН; б - у трансформаторов 330 - 750кВ без РПН;
в - у трансформаторов 110кВ с встроенным устройством РПН; г - у автотрансформаторов;
д - у трансформаторов 150 - 220кВ с РПН; е - у трансформаторов 330 - 500кВ с РПН.
Условные обозначения трансформаторов состоят из двух частей:
1) число фаз - для однофазных трансформаторов используется буква О, для трехфазных - буква Т;
2) вид охлаждения:
- для масляных трансформаторов:
· при естественной циркуляции воздуха и масла используется буква М;
· при принудительной циркуляции воздуха (вентиляторы) и масла (насосы) - буквы ДЦ;
· при принудительной охлаждающей масло воды и естественной циркуляции масла - буквы МВ;
· при принудительной циркуляции воздуха (вентиляторы) и естественной циркуляции масла - буква Д;
· при принудительной циркуляции охлаждающей воды и масла - буква Ц;
- для сухих трансформаторов (с воздушным охлаждением) вторая буква обозначения - С;
3) вид исполнения:
· для трехобмоточных трансформаторов используется буква Т (третья буква в обозначении);
· для трансформаторов с регулировкой напряжения под нагрузкой - буква Н;
· для трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения - буква Р (ставится после буквы, обозначающей число фаз);
· для автотрансформаторов - буква А на первом месте.