pdf.php@id=6159.pdf

часть бака. Иногда водяные охладители помещают внутри бака трансформатора. Водяное охлаждение применяется для самых мощных трансформаторов.

На крышке трансформатора устанавливаются вводы (рис. 12-26 и 12-28). Проходящий через ввод токоведущий медный стержень или медная труба служат для соединения трансформатора с внеш­ ней сетью.

Трансформаторы мощностью более 75 кв-а снабжаются расши­ рителями (рис. 12-26 и 12-29). Расширитель представляет собой

цилиндрический стальной сосуд и соединяется при помощи патрубка с баком. Открытая поверхность масла при колебаниях температуры окружающей среды и нагрузки трансформатора всегда должна оставаться в пределах расширителя. Тем самым открытая поверх­ ность масла уменьшается, что ограничивает его окисление. Для предотвращения повреждения бака в случае бурного разложения масла и выделения газа в результате аварии на крышке транс­ форматора устанавливается также выхлопная труба (рис. 12-26

сердечника, плохие контакты и т. д.) начнется разложение изо­ ляции или масла, то газы начнут накапливаться внутри газового реле, под его крышкой, выжимая из него масло. При этом опроки­ дывается поплавок газового реле и замыкаются сигнальные кон­ такты. При бурном выделении газов замыкается вторая пара кон­ тактов газового реле, в результате чего замыкается цепь на отклю­ чение трансформатора из сети.

В процессе работы трансформатора происходит окисление, увлажнение и загрязнение масла, что сопровождается ухудшением его изоляционных свойств. Поэтому производится регулярный отбор проб масла, а также периодическая его сушка, очистка, вос­ становление или замена новым. В необходимых случаях произ­ водится также вакуумная сушка сердечника и обмоток трансформа­ тора. Для этих'целей предусматриваются краны и другая арматура.

Трансформаторы мощностью до 1800 кв-а перевозятся в собран­ ном виде на нормальных железнодорожных платформах. С транс­ форматоров мощностью более 1800 кв -а и до 5600 кв-а по условиям железнодорожных габаритов приходится снимать радиаторы, рас­ ширителе, выхлопную трубу и вводы на напряжение 110 кв и выше.

Трансформаторы мощностью более 5600 кв весом более 50—60т необходимо перевозить на специальных железнодорожных транспор­ терах, имеющих низкую нагрузочную платформу. При этом у транс­ форматоров больших мощностей приходится не только снимать выступающие части, но применять разъемный бак с временной транс­ портной крышкой небольшой высоты или даже транспортный бак с предельно уменьшенными размерами во всех трех направлениях.

Трансформаторы мощностью 200—300 Мв-а имеют вес около 1кг на I кв-а мощности.

Глава тринадцатая

НАМАГНИЧИВАНИЕ СЕРДЕЧНИКОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ

§ 13-1. Явления, возникающие при намагничивании сердечников трансформаторов

При намагничивании сердечников трансформаторов вследствие насыщения магнитной цепи возникают явления, требующие отдель­ ного научения, Для этого рассмотрим режим холостого хода транс­ форматора, когда первичная обмотка подключается на синусоидаль­ ное напряжение, а вторичная обмотка разомкнута.

Однофазный трансформатор. При холостом ходе трансформатора для первичного напряжения действительно уравнение

и= п' + (— е) = п + и)ж ,

т.е. напряжение и расходуется на падение напряжения г* и урав­ новешивание э. д. с.

Если пренебречь незначительным падением напряжения п, то

йф

и = — е = ы>-п-.

Поэтому, если напряжение синусоидально:

и = 11т81п о*,

то поток Ф также должен изменяться по синусоидальному закону:

Пренебрежем сначала также потерями в стали. Тогда потреб­ ляемый из сети ток холостого хода I = /0 является чисто реактив­ ным намагничивающим током (10 = 1о,).

Поток Ф создается током /0г. Так как при наличии насыщения пропорциональность между Ф и 10, нарушается, то при синусоидаль­ ном потоке Ф ток 10г уже не будет синусоидальным.

На рис. 13-1 в правом квадранте представлена кривая Ф = = / (»ог) при наличии насыщения, а в левом квадранте — синусои­

Ф = ^ (0 для отдельных моментов времени 1, 2, 3 и т. д. снести на кривую Ф = ^ (10/.) и получаемые при этом значения ц, снести вниз и отложить для этих же моментов времени. Отрицательная полу­ волна кривой 1йг = / (1) будет иметь такую же форму, как и поло­

10а, которая синусоидальна и вызвана магнитными потерями в сер­ дечнике (рис. 13-2). Полный намагничивающий ток г0 == 10а + имеет несимметричную форму.

Трехфазиый трансформатор с соединением обмоток У/Л. Пусть на холостом ходу к сети с синусоидальным напряжением приклю­ чена обмотка, соединенная треугольником (рис. 13-3, а). При этом каждая фаза этой обмотки будет приключена к синусоидаль­ ному напряжению сети.

Следовательно, потоки каждой фазы также бу­ дут синусоидальными, а намагничивающие токи фаз Ко,-,,, ^0гЬ> гс* как и у однофазного трансфор-

Рис. 13-2 Гармонику намагничивающего тока однофазного трансформа­ тора

матора, будут содержать нечетные высшие гармоники. В каждой фазе высшие гармоники тока будут располагаться относительно основной гармоники тока идентичным образом (рис. 13-4).

Однако, в то время как основные гармоники отдельных фаз будут сдвинуты относительно друг друга на 120°, третьи гармоники

в отдельных фазах обмотки будут совпадать по фазе. По этой при­ чине в линейных токах, которые представляют собой разность токов соответствующих фаз, гармоники, кратные трем, будут отсутствовать. Поэтому токи этих гармоник будут циркулировать внутри замкнутого треугольника (рис, 13-3, а), причем, будучи равными по величине и совпадая по фазе, они образуют общий замкнутый циркуляционный ток,

Если трансформатор с соединением обмоток У!А питать на холо­ стом ходу со стороны обмотки, соединенной в звезду (рис. 13-3, б), то гармоники, кратные трем, в фазных токах существовать не могут, поскольку они должны совпадать по фазе и в то же время их сумма должна равняться нулю, так как из нулевой точки выхода тока нет. Однако, как было выяснено выше в связи с рассмотрением процесса намагничивания сердечника однофазного трансформатора, при наличии насыщения для получения синусоидально изменяю-

щегося магнитного потока намагничивающий ток должен содер­ жать гармоники, кратные трем. Поскольку в рассматриваемом случае наличие таких гармоник тока невозможно, то поток будет несинусоидальным.

При отсутствии гармоник, кратных трем, ток 1йг будет близок к синусоидальному (рис. 13-5), так как гармоники V = 5,7... отно­ сительно малы. При такой форме тока 10г кривая потока Фу, созда­ ваемого обмоткой, соединенной в звезду, вследствие насыщения будет иметь уплощенную или затупленную сверху форму (рис. 13-5, а). Такая кривая потока наряду с основной гармоникой

будет содержать также относительно сильную третью гармо­ нику Ф8К., Третьи гармоники потока Ф„у всех трех фаз совпадают по фазе и будут индуктировать во вторичной обмотке, соединенной треугольником, три равные по величине и совпадающие по фазе

э. д. с. Е3д (рис. 13-5, б). Складываясь в контуре треугольника, эти э. д. с. создают в этом контуре ток / Зд, который вследствие пре­ обладания индуктивного сопротивления будет почти чисто индук­ тивным. Создаваемые этим током потоки ФзД будут почти полностью компенсировать потоки Ф3у, Поэтому результирующие потоки фаз будут практически синусоидальными. Таким образом, по сравне­ нию с питанием со стороны обмотки, соединенной треугольником, разница заключается практически только в том, что третья и крат­

с общим сердечником.

Трехфаэный трансформатор с соединением обмоток У/У. В транс­ форматоре с таким соединением обмоток кратные трем гармоники (V = 3, 9, 15 ...) в намагничивающих токах первичной и вторичной обмоток, как было выяснено выше, существовать не могут. Однако при этом, как также было выяснено выше, магнитные потоки фаз наряду с основной гармоникой Ф* содержат еще третьи гармоники потока Ф3.

Следовательно, характерной особенностью соединения У/У является наличие третьих гармоник потока Ф3, которые во всех трех фазах магнитопровода совпадают по фазе. В результате этого фазные э. д. с. и напряжения несинусоидальны и содержат третьи гармоники э. д. с. Е3.

Величина этих гармоник может быть значительной. Так, напри­

В трехфазной группе однофазных трансформаторов (рис. 13-6, а) п бронестержневых трансформаторах (рис. 23-6, б) потоки Фэ в каждой фазе замыкаются по замкнутому сердечнику, как и поток <Х>!. Однако в трехстержневом трансформаторе потоки Ф, по замк­ нутому пути в сердечнике замыкаться не могут, так как в каждый момент времени они имеют во всех стержнях одинаковое направ­ ление (рис. 13-6, в). Поэтому потоки Ф3 замыкаются от одного ярма к другому через трансформаторное масло или воздух, а также через крепежные детали и стенки бака трансформатора, что при­ водит к уменьшению величины потоков Ф3 по сравнению с этими потоками в трансформаторах других типов. Замыкание потока

Рис. 13-6. Третьи гармоники потока в трехфазных трансформаторах

через крепежные детали и стенки бака трехстержневого Трансфор­ матора вызывает потери на вихревые токи.

Таким образом, в трехфазных трансформаторах с соедине­ нием У/У возникают неблагоприятные явления: искажения кривых фазных напряжений, а в трехстержневых трансформато­ рах также добавочные потери от вихревых токов.

Наличие нулевого провода в принципе могло бы улучшить положение, так как при этом образуется замкнутый контур для

нагрузки или другие сопротивления, то величина токов /3 и их влияние будут малы.

Ввиду изложенного мощных высоковольтных трансформаторов с соединением обмоток по схеме У/У, как правило, не строят. Если же в отдельных случаях возникает потребность в таких транс­ форматорах (например, при необходимости заземления нулевых точек с обеих сторон), то в трансформаторе можно намотать допол­ нительную, третичную обмотку с соединением в треугольник, сечение которой рассчитано только на токи / 3.

§ 13-2. Расчет магнитной цепи трансформатора

Расчет магнитной цепи производится с целью определения намагничивающего тока и магнитных потерь. Расчет реактивной составляющей намагничивающего тока можно выполнить двумя методами.

Первый метод аналогичен методу расчета магнитной цепи машины постоянного тока (см. гл. 2). При этом магнитная цепь вдоль сред­ ней магнитной линии (рис. 13-7) разбивается на участки (стержни, ярма и воздушные зазоры или щели между ними), в пределах кото­ рых магнитные индукции Вст, В„, Яд можно считать постоянными. Задаваясь амплитудой потока стержня Фст, определяют амплитуды индукции В„, В„ В& = Вст и затем по кривым намагничивания стали (см. рис. В-1) находят # С1 и Ня. Тогда н. с. однофазного транс­ форматора (рис. 13-7, а)

равна 0,003—0,005 см, а для стыковых сердечников больше этой величины на толщину изо­ ляционной прокладки в стыке.

сколько больше. На практике этим различием пренебрегают и рас­

Здесь Пф — среднее количество стыков или зазоров на фазу. Для трехстержневого трансформатора с шихтованным сердечником (см. рис. 12-8, б) Пф = 7/3 и со стыковым сердечником яф = 2.

Действующее значение основной гармоники реактивной состав­ ляющей намагничивающего тока

где ш — число витков обмотки и к — коэффициент, учитывающий

Второй метод основан на вычислении энергии магнитного поля сердечника или его намагничивающей (реактивной) мощности.

Допустим, что В и Н представляют собой амплитуды индукции и напряженности магнитного поля, изменяющихся синусоидально во времени. Тогда максимум магнитной энергии в единице объема поля

Величину <7е = / (В) в принципе можно вычислить, зная кривую В = [ (Н) для данного материала. Однако на практике пользуются данными, полученными непосредственно опытным путем. Кривые = / (В) для шихтованных сердечников также определяются опытным путем, так как в таких сердечниках зазоры одного слоя шунтируются листами другого слоя и индукция в зазорах умень­ шается, а в листах стали по соседству с зазорами увеличивается, вследствие чего д( зависит также от марки стали. Кривые <7С= / {В)

и= / (В) представлены на рис. 13-8.

Так как реактивная намагничивающая мощность трансформа­ тора

Фо~ тВI

где т — число фаз, то

Здесь 0 Ст и 0„ — веса стержней и ярем трансформатора, а (/с С1

и^с.я — удельные мощности <7Сдля стержня и ярма. Обычно пользуются вторым методом расчета.

Магнитные потери в сердечнике риг легко вычислить, зная удельные потери р = ( (В) для используемой марки стали;

Активная составляющая намагничивающего тока

IРиг Рстбст+ Р А

1оа~ Ш Е -------- ШЁ------’

аполный намагничивающий ток или ток холостого хода

Ток /0 в силовых трансформаторах относительно мал и состав­ ляет При номинальном напряжении 0,5—4% от номинального тока, причем второе число относится к трансформаторам малой мощности (10—20 кв -а). Малая величина тока /ф объясняется наличием замк­ нутого стального сердечника.

Глава четырнадцатая

СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА И ЕЕ ПАРАМЕТРЫ

§14-1. Индуктивности обмоток трансформатора

иэлектромагнитное рассеяние

Индуктивности обмоток. В трансформаторах со стальным сер­ дечником магнитная проницаемость стали р во время Цикла перемагннчивания непостоянна. Поэтому в течение этого цикла непо­ стоянны также собственные Ь и взаимные М индуктивности обмоток трансформатора. В результате такого непостоянства р при под­ ключении трансформатора к сети с синусоидальным напряжением

высшие гармоники малы. Поэтому при исследовании режимов работы трансформатора указанными гармониками можно пренебречь и учитывать только основную гармонику тока Эго равносильно