147. Устройство и принцип работы силового трансформатора

Силовой трансформатор — Электротехническое устройство с двумя или более обмотками, который посредством электромагнитной индукции преобразует одну величину переменного напряжения и тока в другую величину переменного напряжения и тока, той же частоты без изменения её передаваемой мощности.

Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника), выполненного из ферромагнитного материала (обычно листовая электротехническая сталь), и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода (рис. 1.1, а). Одна из обмоток, которую называют первичной, присоединена к источнику переменного тока Г на напряжение U1. К другой обмотке, называемой вторичной, подключен потребитель Zн. Первичная и вторичная обмотки трансформатора не имеют электрической связи друг с другом, и мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем. Магнитопровод, на котором расположены эти обмотки, служит для усиления индуктивной связи между обмотками.

б)

Рис. 1.1. Электромагнитная (а) и принципиальная (б) схемы трансформатора

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток i1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индуцирует в них ЭДС: в первичной обмотке ЭДС самоиндукции e1 = –w1(dФ/dt),                 (1.1)  во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции                             е2 = –w2(dФ/dt),(1.2)  где w1 и w2 — число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

Трансформатор может работать только в цепях перемен­ного тока. Если первичную обмотку трансформатора под­ключить к источнику постоянного тока, то в его магнитопроводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторич­ной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а следовательно, не передается электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС Е_г в первичной обмотке ток 1₁ = U 1/ R ₁ - весьма большой.

Важным свойством трансформатора, используемым в устройствах автоматики и радиоэлектроники, является способ­ность его преобразовывать нагрузочное сопротивление.Если к источнику переменного тока подключить сопротивление R через трансформатор с коэффициентом трансформации K , то для цепи источника

R= _K 2 _R

Таким образом, трансформатор изменяет значение сопротивления R в к² раз. Это свойство широко используют при разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источ­ников электрической энергии.

148. Распределительные устройства: схемы, область применения

Распределительные устройства (РУ) трансформаторных подстанций - это электроустановки, предназначенные для приема и распределения электроэнергии. На трансформаторных подстанциях количество РУ определяется количеством номинальных напряжений обмоток трансформаторов. В конструкцию РУ входят различные электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства.

Распределительные устройства напряжением 35 кВ и выше выполняются открытыми, закрытыми и элегазовыми. Открытые РУ располагаются под открытым воздухом. Все аппараты открытого РУ располагаются на невысоких металлических или железобетонных основаниях. Территория открытых РУ ограждается.

К достоинствам открытых РУ относятся:

• относительно невысокая стоимость,

• хорошая доступность для наблюдения за всеми аппаратами,

• простота расширения и реконструкции.

К недостаткам открытых РУ можно отнести:

• большую занимаемую площадь неудобство обслуживания оборудования при низких температурах и в ненастье, подверженность оборудования загрязнению.

Распределительное устройство, расположенное внутри специального здания, называется закрытым. Распределительные устройства выполняются закрытыми при повышенной загрязненности и химической активности окружающей среды, а также в районах Крайнего Севера.

Закрытые РУ дороже открытых, так как требуют специального здания. Для уменьшения стоимости таких РУ здание сооружается из сборных железобетонных конструкций. К основному достоинству закрытых РУ следует отнести меньшую занимаемую площадь, чем открытыми РУ, поскольку расстояния между токоведущими частями в закрытых РУ меньше, чем в открытых. В этом смысле проще размещение РУ в центрах электрических нагрузок промышленных предприятий и в городских районах с интенсивной застройкой.

В элегазовых РУ в качестве изоляции между токоведущими частями используется элегаз (шестифтористая сера SF6). Элегаз обладает высокими электроизоляционными и дугогасительными свойствами, не токсичен, не горит, не образует взрывоопасных смесей. Вся аппаратура РУ с элегазовой изоляцией имеет меньшие габариты, чем с обычной воздушной изоляцией. Поэтому конструкция элегазовых РУ получается еще более компактной, чем закрытых РУ.

Токоведущие элементы элегазового РУ заключены в герметичный металлический заземленный кожух, заполненный элегазом под избыточным давлением. Отдельные элементы соединяются с помощью газоплотных фланцев. Электрические соединения выполняются стержневыми шинами, заключенными в металлических корпусах с элегазом, и втычными контактами. Деление таких РУ на отдельные блоки позволяет заменять любой из них, сохраняя элегазовое заполнение в остальных блоках.

Блоки элегазовых РУ на напряжения 110...220 кВ изготовляются на заводах и поставляются на место монтажа в готовом виде, где из отдельных блоков собирается весь комплект элегазового РУ.

Распределительные устройства на напряжения 6…10 кВ, как правило, собираются из отдельных комплектных ячеек. Такими ячейками являются шкафы КРУ с выкатными тележками или камеры сборные одностороннего обслуживания КСО. Ячейки изготавливаются с встроенными коммутационными аппаратами, измерительными и защитными приборами.

Заводское изготовление ячеек позволяет обеспечить тщательность сборки всех узлов и высокую надежность работы. Полностью собранные и готовые к работе ячейки поставляются на место монтажа, где их соединяют шинами, подводят силовые и контрольные кабели.

Общий вид шкафа КРУ с выкатной тележкой показан на рис. 5.2,а. На тележке могут устанавливаться: силовой выключатель, трансформатор напряжения или другое оборудование. Ремонт и обслуживание этого оборудования выполняются после выкатывания тележки из шкафа. Общий вид камеры КСО приведен на рис. 5.2,б.

Шкафы КРУ изготавливаются для внутренней (КРУ) и наружной (КРУН) установки. Эти шкафы выполняются одностороннего и двухстороннего обслуживания.

Схемы

,

Схема РУ с одной секцией сборн Схема РУ с двумя секциями сборных шин

Схема РУ с двумя секциями сборных шин и обходным устройством