Мiнiстерство освiти i науки України
Кафедра електричних мереж та систем
Тема: Пiдстанцiї. Трансформатори та автотрансформатори
Виконав: Таранюк Л. А
Перевiрила:ст викл Янковська Е. М
Змiст
1.Історiя
2. Класифiкацiя пiдстанцiй
3. Визначення трансформатора
4. Класифiкацiя трансформаторiв та їх конструктивнi особливостi
6. Визначення автотрансформатора
1.Історiя
Почнемо з iсторiї: як вiдомо трансфоаматор слугує для змiни напруги, та сили струму в єлектромережi в основi якого лежить явище єлектромагнiтної iндукцiї,але про це потiм докладнiше.
Все почалося з вiдкриттям явища електромагнiтної iндукцiї фардеєм в 1831 роцi,що поклало початок вiдкриття транформатора.
30 листопада 1876 року Яблочковий Павло Миколаєвич винайшов перший трансформатор який мав в основi розiмкнутий сердечник
Потiм люди масово почали переходити на змнний струм тому
Наступний крок полягав у пiдключеннi освiтлювальних ламп не послiдовно як ранiше а паралельно. Це було зроблено трьома iнженерами компанiї Ganz and company. Вiн мав замкнутий залiзний сердечник,що пiдвищувало його характеристики. В 1900 роцi англiйський вчений Роберт Хедфилд провiв дослiди щодо впливу домiшок на властивостi залiза що дозволило виготовляти трансформатори з добавками кремнiя. В подальшому трансформатори удосконалювались,їх розмiри зменшувались а економiчнiсть пiдвищувалась.
Пiдстанцiї складаються з багатьох елементiв тому пiдстанцiї розвивалися в залежностi вiд розвитку її складових.
2. Класифiкацiя пiдстанцiй
Пiдстанцiї споруджують для перетворення електроенергiї в цiлях її подальшої передачi.
Пiдстанцiї мають такi складовi: трансформатор, автотрансформатор,перетворювачi,КУ,пристрої розподiлення електроеонергiї що не є складовою пiдстанцiй називають розподiльчими пунктами. В залежностi вiд функцiї що виконує пiдстанцiя, пiдстанцiї бувають трансформаторнi та перетворюючi.
ЛЕП,включення БК продольної компенсацiiї та шунтування реакторiв. Пiдстанцiї роздiляють на трансформаторнi та перетворюючi.
Трансформаторнi пiдстанцiї призначенi для перетворення одного класу напруги змiнного струму в iнший за допомогою трансформаторiв.
Перетворюючi пiдстанцiї призначенi для змiни типу струму або його частоти.
Також пiдстанцiї дiляться на три основнi категорiї:
ПС,що здiйснюють роботу по спрощеним схемам (без вимикачiв) прохiднi ПС(с малою кiлькiстю лiнiй та вимикачiв) вузловi ПС (Потужнi комутацiйнi вузлом системи).
По призначенню ПС дiляться на споживчi i системнi.
Першi характеризуються установкою двох обмотних трансформаторiв
На напругу до 330 кв. В окремих випадках встановлюють ПС с трьохобмотними трансформаторами.
Системнi ПС во всiх випадках є вузловими. До системних також вiдносять всi ПС з автотрансформаторами.
Першi споживаються за рахунок однiєї чи двух тупiкових лiнiй.
Другi пiдключаються до однiєї чи до двух тупiкових лiнiй.
Третi включаються в розрiз лiнiї.
Четвертi,окрiм живильних,мають також одну чи двi отхiднi лiнiї.
Що знаходяться на трассах одиночних,слабих внутрiшньосистемних чи мiжсистемних зв’язкiв систем,i на ПС,що являють собою потужнi комутацiйнi вузли системи,через якi проходять великi мiжсистемнi транзитнi потоки потужностi. По кiлькостi трансформаторiв вони можуть бути однотранформаторнi,двохтранформаторнi,трьохтранформаторнi, чотирьохтранформаторнi.
По методу захисту вони можуть виконуватись по спрощеним схемам, бувають с запобiжниками,короткозамикачами,вiдокремлювачами та вимикачами.
3. Визначення трансформатора
Трансформатором називають електромагнiтний статичний пристрiй, призначений для перетворення за допомогою явища електромагнiтної iндукцiї(вiдкрите Майклом Фарадеєм) змiнного струму однiєї напруги на змiнний iншої напруги.
Пристрiй найчастiше складається з двох (а iнодi i бiльшої кiлькостi) взаємо нерухомих електрично не пов'язаних мiж собою обмоток, розташованих на феромагнiтному магнiтопроводi. Обмотки мають мiж собою магнiтний зв'язок, здiйснювану змiнним магнiтним полем.
Феромагнiтний магнiтопровiд призначений для посилення магнiтного зв'язку мiж обмотками. Обмотки мають мiж собою магнiтний зв'язок, здiйснювану змiнним магнiтним полем.
Феромагнiтний магнiтопровiд призначений для посилення магнiтного зв'язку мiж обмотками.
Обмотка трансформатора, що споживає енергiю з мережi, називають первинною обмоткою, а обмотка, що вiддає енергiю в мережу, - вторинною.
так i знижуючим.
двохобмотнi трансформатори призначенi для мережi двох номiнальних напруг,а трьохобмотнi для трьох.
4. Класифiкацiя трансформаторiв та їх конструктивнi особливостi
Трансформатори можуть мати 2 або бiльше обмоток.
Залежно вiд призначення розрiзняють силовi трансформатори, вимiрювальнi трансформатори напруги i трансформатори струму.
Силовi трансформатори перетворять змiнний струм однiєї напруги в змiнний струм iншої напруги для живлення електроенергiєю споживачiв. Залежно вiд призначення вони можуть бути пiдвищуючими або знижувальними. У розподiльних мережах застосовують, як правило, трифазнi двохобмотувальнi знижуючi трансформатори, що перетворюють напругу 6 i 10 кВ в напругу 0,4 кВ.
Вимiрювальнi трансформатори напруги - це промiжнi трансформатори, через якi вмикаються вимiрювальнi прилади при високих напругах. Завдяки цьому вимiрювальнi прилади виявляються iзольованими вiд мережi, що робить можливим застосування стандартних приладiв (з переградуюванням їх шкали) i тим самим розширює межi вимiрюваних напруг.
Трансформатори напруги використовуються як для вимiрювання напруги, потужностi, енергiї, так i для живлення ланцюгiв автоматики, сигналiзацiй i релейного захисту лiнiй електропередач вiд замикання на землю.
У рядi випадкiв трансформатори напруги можуть бути використанi як малопотужнi понижуючi силовi трансформатори або як пiдвищуючii випробувальнi трансформатори (для випробування iзоляцiї електричних апаратiв).
Трансформатор струму являє собою допомiжний апарат, в якому вторинний струм практично пропорцiйний первинному струму i призначений для включення вимiрювальних приладiв i реле в електричнi кола змiнного струму. Трансформатори струму служать для перетворення струму будь-якого значення i напруги в струм, зручний для вимiрювання стандартними приладами (5 А), харчування струмових обмоток реле, якi вiдключають пристрої, а також для iзолювання приладiв i обслуговуючого їх персоналу вiд високої напруги.
Класифiкацiя трансформаторiв напруги
а) за кiлькiстю фаз - однофазнi i трифазнi;
б) за кiлькiстю обмоток - двохобмотувальнi й трьохобмотувальнi;
в) по класу точностi, тобто по допустимим значенням похибок;
г) за способом охолоджування - трансформатори з масляним охолодженням (маслянi), з природним повiтряним охолодженням (сухi та з литою iзоляцiєю);
д) за родом установки - для внутрiшньої установки, для зовнiшньої установки i для комплектних розподiльчих пристроїв (КРУ).
Для напруг до 6 кВ трансформатори напруги виготовляють сухими, тобто з природним повiтряним охолодженням. Для напруг вище 6 кВ застосовують маслянi трансформатори напруги.
Трансформатори внутрiшньої установки призначенi для роботи при температурi навколишнього повiтря вiд -40 до + 45 ° С з вiдносною вологiстю до 80%.
смолою). Такi трансформатори, призначенi для внутрiшньої установки, вигiдно вiдрiзняються вiд масляних: мають меншу масу i габаритнi розмiри i майже не вимагають вiдходу в експлуатацiї.
однофазних однополюсних одиниць, обмотки яких з'єднанi за вiдповiдною схемою. Трифазнi трьохобмотувальнi трансформатори напруги старої серiї (до 1968-1969 рр..) Мали бронестержневие магнiтопроводи.
Трифазний трансформатор менше за масою i габаритами, нiж група з трьох однофазних трансформаторiв. При роботi трифазного трансформатора для резерву потрiбно мати iнший трансформатор на повну потужнiсть
У масляних трансформаторах основний iзолюючої i охолоджуючої середовищем є трансформаторне масло.
складається з магнiтопровода, обмоток, бака, кришки з вводами. магнiтопровiд збирають з iзольованих один вiд одного (для зменшення втрат на вихровi струми) листiв холоднокатаної електротехнiчної сталi. Обмотки виготовляють з мiдного або алюмiнiєвого проводу.
i без навантаження, пiсля вiдключення трансформатора вiд мережi - ПБВ (перемикання без збудження). Найбiльш поширений другий спосiб регулювання напруги як найбiльш простий.
окислення i зволоження.
Маслянi трансформатори в герметичному виконаннi повнiстю заповненi трансформаторним маслом i не мають розширювача, а температурнi змiни його об'єму при нагрiваннi i охолодженнi компенсуються змiною обсягу гофрiв стiнок бака. Цi трансформатори заповнюються маслом пiд вакуумом, внаслiдок чого пiдвищується електрична мiцнiсть їх iзоляцiї.
є менш досконалим iзолюючим i охолоджуючим середовищем, нiж трансформаторне масло. Тому в сухих трансформаторах всi iзоляцiйнi промiжки i вентиляцiйнi канали роблять бiльшими, нiж у масляних.
Сухi трансформатори виготовляють з обмотками зi стеклоiзоляцiею класу нагрiвостiйкостi В (ТСЗ), а також з iзоляцiєю на кремнiйорганiчних лаках класу Н (ТСЗК). Для зменшення гiгроскопiчностi обмотки покривають спецiальними лаками. Застосування в якостi iзоляцiї обмоток зi скловолокна або азбесту дозволяє значно пiдвищити робочу температуру обмоток й отримати практично пожежобезпечну установку. Це властивiсть сухих трансформаторiв яка дає можливiсть застосовувати їх для встановлення всерединi сухих примiщень у тих випадках, для забезпечення пожежної безпеки стають вирiшальним чинником.
Сухi трансформатори мають дещо бiльшi габаритнi розмiри i масу (ТСЗ) i меншу перевантажувальну здатнiсть, нiж маслянi, i використовуються для роботи в закритих примiщеннях з вiдносною вологiстю не бiльше 80%. До переваг сухих трансформаторiв вiдносять їх пожежобезпечнiсть (вiдсутнiсть масла), порiвняльну простоту конструкцiї i вiдносно малi витрати на експлуатацiю.
Класифiкацiя трансформаторiв струму
Трансформатори струму класифiкуються за рiзними ознаками:
1. За призначенням трансформатори струму можна роздiлити на вимiрювальнi, захиснi, промiжнi (для включення вимiрювальних приладiв в струмi ланцюга релейного захисту, для вирiвнювання струмiв в схемах диференцiальних захистiв i т. д.) та лабораторнi (високої точностi, i також з двома коефiцiєнтами трансформацiї).
2. За родом установки розрiзняють трансформатори струму:
а) для зовнiшньої установки (у вiдкритих розподiльних пристроях);
б) для внутрiшньої установки;
в) вбудованi в електричнi апарати та машини: вимикачi, трансформатори, генератори i т. д.;
г) накладнi - одягаються зверху на прохiдний iзолятор (наприклад, на високовольтний введення силового трансформатора);
д) переноснi (для контрольних вимiрiв i лабораторних випробувань).
б) одновитковим (стрижневi);
в) шиннi.
4. За способом установки трансформатори струму для внутрiшньої i зовнiшньої установки роздiляються на:
а) прохiднi;
б) опорнi.
5. По виконанню iзоляцiї трансформатори струму можна розбити на групи:
а) з сухою iзоляцiєю (порцеляна, бакелiт, лита епоксидна iзоляцiя i т. д.);
б) з паперово-масляною iзоляцiєю i з конденсаторної паперово-масляною iзоляцiєю;
в) з заливкою компаундом.
б) двоступiнчастi (каскаднi).
7. За робочiй напрузi розрiзняють трансформатори:
а) на номiнальну напругу понад 1000 В;
б) на номiнальну напругу до 1000 В.
Поєднання рiзних класифiкацiйних ознак вводиться в позначення типу трансформаторiв струму, що складається з буквенної i цифрової частин.
Трансформатори струму характеризуються номiнальним струмом, напругою, класом точностi i конструктивним виконанням. На напрузi 6-10 кВ їх виготовляють опорними i прохiдними з однiєю i двома вторинними обмотками класiв точностi 0,2; 0,5; 1 i 3. Клас точностi вказує граничну похибку, що вноситься трансформатором струму в результати вимiрiв.
Трансформатори класiв точностi 0,2, що мають мiнiмальну похибку, використовують для лабораторних вимiрювань, 0,5 - для живлення лiчильникiв, 1 i 3 - для живлення струмових обмоток реле та приладiв технiчних вимiрювань. Для безпечної експлуатацiї вториннi обмотки повиннi бути заземленi i не повиннi бути розiмкнутi.
При монтажi розподiльних пристроїв напругою 6-10 кВ застосовують трансформатори струму з литою i фарфорового iзоляцiєю, а при напрузi до 1000 В - з литої, бавовняної i фарфоровою.
У триобмоткових трансформаторах на магнiтопровiд помiщають три iзольованi один вiд одного обмотки. Такий трансформатор, що живиться з боку однiєї з обмоток, дає можливiсть отримувати два рiзнi напруги i постачати електричною енергiєю двi рiзнi групи приймачiв. Крiм обмоток вищої i нижчої напруги триобмотковий трансформатор має обмотку середньої напруги (СН).
Обмоткам трансформатора надають переважно цилiндричну форму, виконуючи їх при малих струмах з круглого мiдного iзольованого проводу, а при великих струмах - з мiдних шин прямокутного перерiзу
Ближче до магнiтопроводу розташовують обмотку нижчої напруги, тому що її легше iзолювати вiд нього, нiж обмотку вищої напруги.
Обмотку нижчої напруги iзолюють вiд стрижня прошарком з будь-якого iзолюючих матерiалу. Таку ж iзолюючу прокладку помiщають мiж обмотками вищої i нижчої напруги.
При цилiндричних обмотках поперечному перерiзу стрижня муздрамтеатру бажано надати круглу форму, щоб у площi, охоплюванiй обмотками, не залишалося немагнiтних промiжкiв. Чим менше немагнiтнi промiжки, тим менше довжина виткiв обмоток, а отже, i маса мiдi при заданiй площi перетину сталевого стрижня.
а це вимагало б виготовлення безлiчi штампiв. Тому в трансформаторах великої потужностi стрижень має ступеневий поперечний перерiз з числом ступенiв не бiльше 15-17. Кiлькiсть ступенiв перерiзу стрижня визначається числом кутiв в однiй чвертi кола. Ярмо магнiтопровода, тобто та його частина, яка з'єднує стрижнi, має також поетапний розтин.
Для кращого охолодження в магнитопроводах, а також в обмотках потужних трансформаторiв влаштовують вентиляцiйнi канали в площинах, паралельних i перпендикулярних площинi сталевих листiв.
У трансформаторах малої потужностi площа перетину дроту мала i виконання обмоток спрощується. Магнiтопроводи таких трансформаторiв мають прямокутний перетин.
пiдстанцiя трансформатор електроенергетика
5. Номiнальнi данi трансформатора
Корисна потужнiсть, на яку розрахований трансформатор за умовами нагрiвання, тобто потужнiсть його вторинної обмотки при повному (номiнальною) навантаженнi називається номiнальною потужнiстю трансформатора. Ця потужнiсть виражається в одиницях повної потужностi - у вольтамперах (ВА) або кiловольт-амперах (кВА). У ватах або кiловатах виражається активна потужнiсть трансформатора, тобто та потужнiсть, яка може бути перетворена з електричної в механiчну, теплову, хiмiчну, свiтлову i т. д.
струмом, що протiкає по провiднику i, отже, повної потужнiстю. Всi iншi величини, що характеризують роботу трансформатора в умовах, на якi вiн розрахований, також називаються номiнальними.
Кожен трансформатор забезпечений щитком з матерiалу, який не пiддається атмосферним впливам. Щиток прикрiплений до бака трансформатора на видному мiсцi i мiстить його номiнальнi данi, якi нанесенi травленням, гравiюванням, вибиванням або iншим способом, що забезпечує довговiчнiсть знакiв. На щитку трансформатора вказанi наступнi данi:
1. Марка заводу-виготовлювача.
2. Рiк випуску.
3. Заводський номер.
4. Позначення типу.
5. Номер стандарту, якому вiдповiдає виготовлений трансформатор.
6. Номiнальна потужнiсть (кВА). (Для триобмоткових трансформаторiв вказують потужнiсть кожної обмотки.)
7. Номiнальнi напруги i напруги вiдгалужень обмоток (В або кВ).
8. Номiнальнi струми кожної обмотки (А).
10. Частота струму (Гц).
11. Схема i група з'єднання обмоток трансформатора.
12. Напруга короткого замикання (%).
14. Спосiб охолодження.
15. Повна маса трансформатора (кг або т).
17. Маса активної частини (кг або т).
Для трансформатора зi штучним повiтряним охолодженням додатково вказана потужнiсть його при вiдключеному охолодженнi. Заводський номер трансформатора вибитий також на баку пiд щитком, на кришцi близько введення ВН фази А i на лiвому кiнцi верхньої полицi ярмовой балки магнiтопроводу.
Умовне позначення трансформатора складається з буквеної i цифрової частин. Букви означають наступне: Т - трифазний трансформатор, О - однофазний, М - природне масляне охолоджування, Д - масляне охолоджування з дуттям (штучне повiтряне та з природною циркуляцiєю масла), Ц - масляне охолоджування з примусовою циркуляцiєю масла через водяний охолоджувач, ДЦ - масляне з дуттям i примусової циркуляцiєю масла, Г - грозоупорний трансформатор, Н в кiнцi позначення - трансформатор з регулюванням напруги пiд навантаженням, Н на другому мiсцi - заповнений негорючим рiдким дiелектриком, Т на третьому мiсцi - триобмотковий трансформатор.
Перше число, що стоїть пiсля буквеного позначення трансформатора, показує номiнальну потужнiсть (кВА), друге число - номiнальна напруга обмотки ВН (кВ). Так, тип ТМ 6300/35 означає трифазнi двохобмотувальнi трансформатор з природним масляним охолодженням потужнiстю 6300 кВА i напругою обмотки ВН 35 кВ.
Буква А в позначеннi типу трансформатора означає автотрансформатор. У позначеннi триобмоткових автотрансформаторiв букву А ставлять або першої, або останньої. Якщо автотрансформаторного схема є основною (обмотки ВН i СН утворюють автотрансформатор, а обмотка НН додаткова), букву А ставлять першою, якщо автотрансформаторного схема є додатковою, букву А ставлять останньої.
Навiдмiну вiд трансформатора автотранформатор має ще електричний зв’язок мiж обмотками(оскiлькi обмотки з’єднаннi напряму).
7. Конструктивнi особливостi автотрансформатора
Зниження габаритiв i маси автотрансформатора вiдбувається як за рахунок обмоточного дроту, так i за рахунок сталi. Витрата обмоточного дроту зменшується внаслiдок об'єднання обмотки нижчої напруги з обмоткою вищої напруги, а також через зменшення перетину провiдникiв загальної частини обмотки (дiлянка ах). Зi зменшенням витрат дроти зменшується простiр, необхiдне для розмiщення обмотки у вiкнi магнiтної системи, що дозволяє зменшити або висоту стержнiв, або довжину ярем, а отже, скоротити витрати сталi на виготовлення автотрансформатора.
Зниження маси активних матерiалiв призводить до зменшення електричних i магнiтних втрат. Тому при однаковiй номiнальнiй потужностi ККД автотрансформатора завжди вище, нiж трансформатора.
Недолiком автотрансформатора є те, що у нього вторинний ланцюг виявляється електрично з'єднаним з первинної ланцюгом, тому iзоляцiя обмоток автотрансформатора повинна вибиратися виходячи з напруги UВН. Іншим недолiком автотрансформатора є те, що вiн у порiвняннi з трансформатором має великий струм короткого замикання. Вiдбувається це тому, що струм короткого замикання в автотрансформатори обмежується опором не всiєї обмотки, а тiльки її частиною Аа.
Автотрансформатори застосовуються як для зниження так i для пiдвищення напруги. Конструктивно обмотки Аа i Ах розташовуються на стрижнi у виглядi двох концентричних котушок однакової висоти, що сприяє зменшенню їх iндуктивного опору розсiювання.
8. Роль пiдстанцiй трансформаторiв та автотрансформаторiв в електроенергетицi
Транформаторнi пiдстанцiї мають дуже важливе значення в електроенергетицi оскiльки
Струм що передається з електростанцiй має дуже велику напругу та силу струму. Струм передається по високовольтним ЛЕП i щоб зменшити втрати потужностi струму за допомогою пiдвишуючих трансформаторiв(якi є складовою трансформаторних пiдстанцiй) збiльшують напругу та вiдповiдно зменшують силу струму тому потужнiсть струму залишається незмiнною а втрата потужностi зменшується. Потiм знижуючими трансформаторами зменшують напругу i силу струму вiдповiдно, яка необхiдна споживачу.
Щодо перетворюючих пiдстанцiй вони необхiднi для перетворення змiнного струму в постiйний струм(за допомогою випрямлювачiв) або навпаки(задопомогою iнверторiв) оскiлькi багато електро установок працюють на постiйному струмi.
постiйному струмi наприклад :прокатнi станки,гальвонiчний ванни,мiський транспорт тощо. Перетворюючи пiдстанцiї просто необхiднi для роботи цих електро установок.
Для ЛЕП постiйного трьохфазного струму на початку лiнiї за допомогою перетворюючої пiдстанцiiї змiнний струм перетворюють в постiйний(за допомогою вирiвнювача) а в кiнцi лiнiї постiйний струм в змiнний(за допомогою iнвертора). Процес передачi струму через ЛЕП
Автотрансформатори найчастiше використовують для зв’зку мереж близьких по номiнальнiй напрузi с заземленною нейтраллю. Але роль у нього така сама як i в трансформаторiв.
Список використаної лiтератури
1. Н. В Буслова,В. Н. Винославський,Г. И Денисенко,В. С Перхач “Електричнi системи та мережi” 1986
І. М. Сирота,Б. С. Стогнiй “Трансформатори струму”1980.
| 
