• Viber
  • WhatsApp
  • Telegram
  • facebook
Главная › Новости и статьи › Страница 13

Силовые трансформаторы

Из практики ремонта и конструирования

А Г. Зызюк, г. Луцк

 

Казалось бы, о сетевых трансформаторах сказано уже все или почти все. Однако в практике ремонта и конструирования встречаются очень интересные и неординарные ситуации, в плане практическото применения, на которых следует приостановиться, чтобы рассмотреть их более пристально.

 

В данной статье приводятся советы по применению и изготовлению сетевых трансформаторов, рассчитанные на самостоятельное повторение любым радиолюбителем. Поскольку в наше время вопросы энергосбережения выходят на основные позиции, то этим вопросам также уделено особое внимание.

За последние годы все большее распространение получают импульсные сетевые источники питания, — это не удивительно. Выигрыш получается как минимум по двум позициям: КПД и массогабаритным показателям. Это, естественно, позитивные факторы, склоняющие радиолюбителей на сторону повсеместного применения импульсных источников питания.

Не следует забывать о недостатках импульсных источников питания (ИИП). Стоит ли радиолюбителю ради престижа во всех своих конструкциях стараться применять ИИП? Ответ на вопрос лежит на поверхности, если вспомнить о ремонтопригодности конструкции ИИП, не говоря уже о затраченных материалах и времени на изготовление ИИП.

Итак, рассмотрим ситуации, когда сетевому ИИП сможет служить альтернативой сетевой трансформатор (СТ).

Безусловно, в низковольтной аппаратуре (при питающих напряжениях в несколько десятков вольт), особенно с большим потреблением тока, выгодно применять так называемые чопперы (импульсные понижающие преобразователи напряжения). С высоковольтными преобразователями напряжения (ПН), каковыми являются сетевые ИИП, дело обстоит несколько иначе. Популяризация схемотехники маломощных (от единиц до нескольких десятков ватт) сетевых ИИП зачастую не приносит ожидаемых результатов. Ситуация может измениться кардинально, когда ИИП рассчитан на сотни ватт и более.

Рассмотрим случай, когда потребляемая от сети мощность находится в пределах 1 …30 Вт.

Схемотехника сетевых ИИП самая простая только у дорогостоящих специализированных микросхем. Изготовление импульсного трансформатора сетевого ИИП -занятие не самое простое и благодарное. Простые моточные узлы применяются чаще в низковольтных схемах ИИП, нежели в сетевых ИИП.

Когда же требуется решение конкретных задач в вышеуказанном диапазоне мощностей, то можно обойтись без сетевого ИИП, тем более, если нет времени на эксперименты с ИИП и на его ремонты и изготовление. Надежной заменой сетевого ИИП может служить СТ. Надежность изготовления сетевых СТ не является чем-то труднореализуемым. СТ при качественном изготовлении надежнее ИИП, содержащего десятки радиокомпонентов, часто работающих в напряженном режиме.

Вся техника рано или поздно выходит из строя, а в последнее время наблюдается настоящий шквал внезапных отказов самой различной электронной техники, например мобильных телефонов (все возрастающая плотность монтажа и сомнительное происхождение комплектующих не могут не сказываться на снижении качества и надежности). Вывод однозначен: радиолюбителю необходимо избегать усложнения схемотехники повсеместно, где только это возможно. Есть возможность защититься от глобальной «чипизации», избегая нагромождения схемотехники, например, в сетевых блоках питания (БП).

 

Низковольтный мощный ИИП изготовить легче, чем мощный сетевой ИИП. К тому же комплектующие для низковольтного мощного ИИП широко распространены и стоят недорого, по сравнению с мощным сетевым ИИП. Углубимся в рассмотрение наиболее важных проблемных вопросов по применению СТ, а также наиболее эффективных и самых простых в реализации на практике методов разрешения характерных проблем.

Надежность СТ, в первую очередь, зависит от использованного обмоточного провода, типа его изоляции и способа намотки (внавал, что нынче распространено и у заводов-изготовителей маломощных СТ, или же послойно, с изоляцией между слоями), материала изоляции, магнитопровода, от режима работы СТ и т.д. Тему изоляционного материала можно было бы обойти стороной, но сложившиеся обстоятельства (например, безграмотные статьи в Интернете) предрасполагают к обратному.

Когда в качестве изоляционного материала между первичной (сетевой) и вторичной обмотками СТ советуют применять обычную бумагу или картон, то к таким советам следует относиться настороженно. Могу утверждать, полагаясь, в первую очередь, на свой практический опыт, что избежать проблем с изоляцией сомнительного качества, которые с течением времени обязательно возникают (по причине постепенной деградации параметров диэлектриков), можно только правильным выбором типа изоляционного материала. Никоим образом не следует использовать в качестве изоляционных материалов между первичной и вторичной обмотками обычную бумагу, особенно в тороидальных СТ.

Если СТ предполагается эксплуатировать в условиях повышенной влажности, к примеру, в составе зарядного устройства в гараже, то изоляция между первичной и вторичной обмотками СТ должна быть выполнена достаточно надежной. В герметичных конструкциях с понижением температуры может появляться водяной конденсат. Совместное воздействие влаги и температуры определяет так называемую термовлажностную агрессивность климата, которая вызывает ускоренное старение материалов. И диэлектрики никак не являются исключением. От гигроскопичности (способности сорбировать влагу из окружающей среды) и влагопроницаемости конкретного изоляционного материала, в конечном итоге, зависит его проводимость. Проводимость изоляции приводит к проблемам в эксплуатации СТ, к необходимости его замены или ремонта.

Самые простые в изготовлении (для производителя бытовой техники) СТ типов ТС-180, ТС-200 или ТС-270, в которых применена межслойная и межобмоточная специальная бумажная изоляция, обеспечивающая надежную долговременную изоляцию. Надежность трансформаторов, в этом случае, обеспечена применением специально обработанной бумаги.

В качестве межобмоточной и межслоевой изоляции до температур менее 130°С раньше применяли лакированные бумаги, на смену которым пришли синтетические пленки, обладающие повышенной электрической прочностью.

Для защиты СТ от воздействий внешней среды применяется пропитка, обволакивание и заливка. Эти высокоэффективные, но в то же время трудоемкие и дорогостоящие технологические решения обеспечения повышенной надежности СТ любители применяют только вынуждено, например, в высоковольтных СТ, где без таких способов изоляции пробой между обмотками происходит очень быстро.

Одна лишь низкокачественная изоляция может напрочь испортить СТ. Причем поначалу такой СТ может работать без каких-либо нареканий. С течением времени СТ начинает «биться» током, пощипывать за руки. Постепенно изоляция только ухудшается и со временем эксплуатация СТ становится крайне неприятной, а вскоре — опасной для жизни.

Чтобы избежать поражения электрическим током, не говоря уже о повторном наматывании вторичной обмотки (для замены изоляции надо вторичную обмотку сначала удалить), необходимо применять специальные изоляционные материалы, например лакоткань или (что еще лучше) стеклолакоткань. Эти материалы наиболее подходят для тороидальных СТ, как обеспечивающие наибольшую электрическую прочность при минимальной толщине изоляционной пленки (до 60 кВ/мм).

Хорошие результаты обеспечивает конденсаторная бумага (до 20 кВ/мм), уложенная в несколько слоев. Для тороидальных трансформаторов лучше применить лакоткань. Следует оговориться сразу, что для деградации диэлектрика совсем не обязательно име ь большой перепад температур и повышенную влажность. Если материал для изоляции выбран неудачно, то комнатных условий вполне достаточно, чтобы со временем убедиться во всем сказанном и осознать, насколько важен этот вопрос.

Еще одно очень важное обстоятельство — обязательное испытание межобмоточной изоляции СТ высоким напряжением. Но делать это нужно таким образом, чтобы обеспечить условия неразрушающего контроля, избегая возникновения (привнесения) новых дефектов в межобмоточной изоляции. Достигают этого ограничением тока в цепи испытательного напряжения на уровне нескольких десятков микроампер, .. не более 100 мкА. Величину испытательного напряжения определяют из соотношения:

 

Uncn=1000+2Upa6,

 

где Uраб — рабочее напряжение.

Пробивное напряжение изоляции должно быть в 1,5-2 раза больше испытательного. Поэтому в ТУ по испытаниям указана величина 3850 В испытательного напряжения для межобмоточной изоляции СТ, которую он должен выдерживать в течение 5 мин.

Не удивляйтесь, что многие из самодельных СТ (и не только самодельных!) не смогут пройти данный тест. Если в СТ использован материал межобмоточной изоляции надлежащего качества, то переделывать СТ нет надобности, даже если он выдерживает пониженное испытательное напряжение, но эксплуатируется СТ исключительно в комнатных условиях, т.е. обеспечена стабильность параметров изоляции. Автор статьи в качестве испытательного напряжения использует постоянное напряжение 3000В от портативного прибора, содержащего в своем составе преобразователь напряжения и микроамперметр для измерения тока по цепи 0…3000 В.

Именно постепенное увеличение испытательного напряжения на СТ с обязательным ограничением тока обеспечивает неразрушающий метод контроля. Собственно измерительный прибор изготовлялся для проверки, в первую очередь, высоковольтных транзисторов строчных блоков телевизоров, а также для проверки диодов и конденсаторов.

Увеличение температуры сокращает срок службы изоляции. Вот почему так важно, чтобы СТ поменьше нагревался, т.е. уменьшая коэффициент нагрузки СТ, мы непременно увеличиваем надежность СТ.

Ток «холостого хода» (1хх) должен быть незначительным, если хотим приблизиться к сетевым ИИП в плане экономичности (КПД). В современных СТ потери «холостого хода» составляют от 0,1 до 2% их номинальной мощности, а 1хх — от 0,5 до 10% номинального тока первичной обмотки. Большие значения относятся к СТ небольшой мощности, т.е. у маломощных СТ токи 1хх явно завышены. К сожалению, у маломощных СТ промышленного изготовления 1хх может значительно превышать 10% от максимального тока первичной обмотки или же от максимально используемого тока в конкретной ситуации (конструкции устройства). При крупносерийном производстве идет экономия каждого грамма расходных материалов, тем более медного провода, особенно сейчас, когда цены на медь резко возросли (например, 1 м эмалированного провода диаметром 1 мм стоит уже 85 коп.). Об азиатских СТ говорить не обязательно, поскольку многие читатели с ними познакомились на личном опыте.

 

Итак, в свете подъема цен на электроэнергию становится весьма актуальным минимизация 1хх любых СТ, особенно тех, у которых этотток слишком велик. Рассмотрим вкратце три основных способа снижения величины 1хх.

 Первый способ заключается в пропорционально увеличенном количестве числа витков всех обмоток и особенностей не имеет. Число витков всех обмоток увеличивают в 1,2-1,4 раза выше расчетного значения. Но здесь имеются некоторые нюансы. Для обеспечения меньших просадок напряжения на вторичных обмотках выбирают с запасом. Величина 1хх при таком исполнении СТ, в зависимости от коэффициента увеличения числа витков (1,2-1,4), снижается в несколько раз.

 

Второй способ снижения 1хх заключается в некотором уменьшении напряжения на первичной обмотке СТ за счет последовательно включенной с ней лампы накаливания (ЛН). Как правило, используются ЛН, рассчитанные на рабочее напряжение 220 В. Нередко применяются ЛН на другие рабочие напряжения. Использование ЛН 220 В более предпочтительны в тех ситуациях, когда требуется эффективная защита СТ в режимах, близких к КЗ по вторичной обмотке СТ, а также при аварийном повышении сетевого напряжения до 300…380 В. Предельно допустимое напряжение для рассматриваемого тандема из ЛН на 220 В и СТ на 220 В составляет не меньше 440 В. Такая система надежно обеспечивает работу СТ практически во всех нештатных для СТ ситуациях. Метод привлекателен именно тем, что не требует значительных материальных затрат и производимых работ, но в то же время эффективен не только в маломощных СТ на единицы ватт, но может успешно применяется на больших мощностях, от десятков до сотен ватт.

Повышение экономичности и надежности СТ достигается уменьшением 1хх за счет падения некоторого напряжения на ЛН. При этом в СТ, если необходимо, доматывают вторичную обмотку (только вторичную, что сделать намного проще и быстрее, чем в случае переделки первичной обмотки). Неоднократно происходило так, что не требовалось доматывать вторичную обмотку, несмотря на падение напряжения на ЛН в несколько десятков вольт. Например, выпрямитель на двух диодах (двухполупериодный, со средней точкой, с отводом от СТ) можно переделать в мостовой.Сетевые силовые трансформаторы-ремонт и исследование      

За счет двукратного использования переменного напряжения мостовым выпрямителем, в сравнении с заводским вариантом на двух диодах, где вся обмотка выдавала в итоге в два раза меньшее постоянное напряжение, мостовой выпрямитель позволял иметь запас выходного напряжения, чтобы его можно было применить для снижения, но уже по первичной обмотке СТ (рис.1).

Ранее фазированием обмоток заменяли их последовательное соединение параллельным, т.е. при том же токе нагрузки уменьшали просадки напряжений и на входе выпрямителя, и на его выходе. Когда потребуется увеличить КПД всей системы в целом, мост запитывают от всей штатно последовательно соединенной обмотки. Имея почти двойной запас по выпрямленному выходному напряжению, можно последовательным включением ЛН значительно облегчить режим работы СТ. Ток 1хх в результате снизился в несколько раз.

Когда нет возможности домотать вторичную обмотку, СТ заменяют СТ другого типа, у которого напряжение на вторичной обмотке при последовательном включении ЛН такое, как нужно.

Тип и мощность ЛН требуется подобрать уже под каждую конкретную ситуацию. Ничего сложного в этом мероприятии нет. С помощью ЛАТРа добиваются работы подключенного к СТ устройства в нужных пределах сетевого напряжения, как правило, 180…260 В. Можно приятно удивиться, что с ЛН диапазон легче расширить, особенно в сторону больших значений, до 270 В, а то и более.

             
  Надежность силовых трансформаторов

Обнаруживаются весьма приятные перспективы резкого повышения надежности СТ, поскольку правильный выбор ЛН позволит реально обеспечить практически безотказную работу СН в любой нештатной для него ситуации (от режима «холостого хода» при аварийном повышении сетевого напряжения и до ситуации режима КЗ вторичных обмоток). Здесь ЛН уже выполняет функции предохранителя, но делает это гибко, не перегорая, как предохранитель, не отключая технику от сети.

Подобным способом можно спасти СТ различных зарубежных аппаратов: от самых дешевых, включая и распространенные универсальные светильники (с преобразователями напряжения для питания ЛДС, с радиоприемником, мигалками и музыкальными чипами), с их зарядными устройствами, и до более дорогостоящих изделий, как промышленного, так и самостоятельного изготовления.

 

Третий способ повышения экономичности СТ. Суть данного варианта заключаются в одновременном использовании двух экземпляров однотипных СТ (рис.2), т.е. два СТ одного типа должны совместно работать от одной электросети на одну общую нагрузку. С этой целью сетевые обмотки обоих СТ соединяют согласно последовательно (т.е. сфазированно). С вторичными обмотками поступают либо таким же образом, либо включают их параллельно.

В итоге получается составной СТ, который подобен по нагрузочным характеристикам единичному исполнению СТ, но по некоторым характеристикам сильно превосходит свой прототип. Так, например, максимально допустимое сетевое напряжение составляет более 400 В. Ток 1хх может снизиться при работе в сети 220 В не менее чем в 4 раза. Недостаток данного варианта заключается в том, что проявляются просадки напряжения на обмотках СТ. Для их устранения после выпрямителя используют стабилизатор напряжения.

Источник: www.electrician.com.ua

Трансформаторы для промышленных печей

     Режимы работы и особенности технических требований к электропечным трансформаторам


 Электропечные трансформаторы (ЭПТ) являются частью электротермических установок (ЭТУ) — установок электропечей и электронагревательных устройств, применяемых для получения черных, цветных и редких металлов и их сплавов с заданными свойствами, а также руднотермических печей.
 Особенности работы, режимов и технических требований выделяют ЭПТ в отдельный класс силовых трансформаторов.
 Наиболее существенные из этих особенностей следующие:

  1.  Питание ЭП, мощность которых достигает 100 MB-А, осуществляется напряжением от нескольких до сотен В, поэтому токи НН ЭПТ могут составлять многие десятки тысяч ампер.
  2.  Напряжение, питающее ЭП, должно изменяться в широких пределах при их отношении, достигающем 5:1 и более. Изменения напряжения должны обеспечиваться ЭПТ, имеющим мелкоступенчатое регулирование под нагрузкой (РПН) или при отключенном от сети трансформаторе (ПБВ).
  3.  Реактивное сопротивление ЭПТ должно быть меньше сопротивления короткой сети и печи, чтобы существенно не снизить энергопотребление ЭТУ, т. е. напряжение КЗ ЭПТ должно быть минимальным.
  4.  Многочисленные зажигания и обрывы дуги на электродах в дуговых ЭП вызывают резкие изменения тока в ЭПТ, что приводит к электродинамическим воздействиям и перенапряжениям в обмотках и накладывает дополнительные требования к конструкциям трансформаторов.
  5. Частые коммутации оперативными выключателями на стороне ВН ЭПТ, особенно с вакуумными дугогасительными камерами, также являются источниками перенапряжений, в том числе резонансного характера в регулировочных обмотках ЭПТ.

Указанные особенности наиболее сильно выражены у ЭПТ, питающих дуговые сталеплавильные печи (ДСП).

     Трансформаторы для дуговых сталеплавильных печей

  ДСП являются дуговыми печами прямого действия, работа которых сопровождается резко переменной нагрузкой, особенно в начальный период плавки. Изменение нагрузки ДСП во времени за цикл плавки задается так называемыми директивными графиками в зависимости от емкости печи, марки выплавляемой стали, качества и особенностей шихты ит. п. [1].
  На рис. 28.1 показан типовой директивный график нагрузки ДСП емкостью 5 т при плавке стали. Для цикла плавки в ДСП характерны три периода с различной электрической нагрузкой [2]: расплавление, окисление, рафинирование, и четвертый период, когда ДСП отключена, и производится выпуск металла и повторная загрузка печи. Мощность печи, а, следовательно, и питающего ее ЭПТ в течение цикла плавки изменяется. Наибольшая мощность потребляется в период расплавления, когда дуга неустойчива, коротка, и для увеличения мощности необходимо повышать напряжение. Длительность этого периода составляет 50—60 % от общей продолжительности плавки, возрастая у мощных высокопроизводительных ДСП до 60-70%.

К списку статей
                                                                                            
                                                                                              
    В период окисления и особенно рафинирования мощность ДСП должна снижаться. Снижение мощности достигается уменьшением вторичного напряжения ЭПТ с помощью ступенчатого регулятора напряжения. Для трансформаторов ДСП емкостью до 12 т (мощность ЭПТ до 8 MB • А) применяют регуляторы с переключением напряжения без нагрузки (ПБВ), для ЭПТ больших мощностей — под нагрузкой (РПН). Глубина (Г) регулирования напряжения, т. е. отношение наибольшего вторичного напряжения к наименьшему достигает 2,0-2,5:
                                                                                                                               
  где U2ст. макс ~~ вторичное напряжение на ступени максимального напряжения, В; U2ст.мин ~~ вторичное напряжение на ступени минимального напряжения, В.
Работа ЭПТ сопровождается частыми отключениями ДСП и бестоковыми паузами технологического характера. Такая резконе-ременная нагрузка ЭПТ определяется колебаниями тока электрических дуг:
    1) регулярными, циклическими частотой 2—8 Гц в пределах 15—40% номинального тока нагрузки I2ом
     2) нерегулярными частотой до 1 Гц, вызванными замыканиями электродов печи с шихтой, называемыми эксплуатационными короткими замыканиями (КЗ). 
 При этом в соответствии с [1] коэффициент К кратности тока эксплуатационного короткого замыкания /кзэ, определяемый как отношение /кзэ/72 ном, различен для ДСП разной емкости (табл. 28.1).
КЗ снижаются у печей большей емкости. Эксплуатационные КЗ вызывают механические воздействия на обмотки трансформатора.Для обеспечения стойкости при этих воздействиях требуются специальные меры. Одна из таких мер — включение в цепь обмотки ВН ЭПТ токоограничивающего реактора с регулируемой индуктивностью. Реактор встраивается в общий бак с трансформатором (для ЭП емкостью 0,5-Н2 т) или устанавливается отдельно.

                                                                                          
  Кроме эксплуатационных КЗ, ЭПТ подвергаются воздействию аварийных токов, вызванных КЗ на участках короткой сети между печью и выводами ЭПТ. Чем ближе к выводам место короткого замыкания, тем больше аварийный ток /кзав. При замыканиях на выводах трансформатора ток /кз ав достигает наибольшего значения, так как ограничен только сопротивлением самого трансформатора и мощностью КЗ энергосистемы в точке питания ЭПТ. В этом случае обеспечить электродинамическую стойкость ЭПТ удается не всегда.
  Резко неравномерный график нагрузки ЭПТ для ДСП делает нецелесообразным выбор его мощности по максимальной нагрузке в цикле плавки, так как в остальное время цикла трансформатор оставался бы недогруженным. Поэтому номинальную мощность ЭПТ обычно выбирают меньше максимальной, определяемой по графику нагрузки, допуская его определенную перегрузку на период расплавления.

      Трансформаторы для руднотермических печей


  В отличие от ДСП руднотермические печи (РТП) относятся к дуговым печам сопротивления, работающим на смешанном принципе, когда энергия выделяется как в дуге, так и в толще шихты и шлака. Руднотермические печи весьма разнообразны по назначению и особенностям технологических процессов. В то же время режим работы большинства РТП довольно спокойный: потребление мощности за цикл плавки остается практически неизменным, и эксплуатационные КЗ почти полностью отсутствуют. Поэтому трансформаторы для руднотермических печей не требуют дополнительных токоограничивающих сопротивлений (реакторов). Восстановительные процессы, происходящие в РТП, требуют низких напряжений и больших токов ЭПТ. Это предъявляет специальные требования к конструкции вторичных обмоток и выводов НН трансформаторов. При переходе на другой сплав, сырые материалы и т. п. приходится менять режимы работы печи, т. е. изменять в широких пределах подводимое к ней напряжение и ток. Глубина регулирования вторичного напряжения у большинства ЭПТ для РТП находится в пределах 1,54—2,0. Однако для некоторых технологических процессов необходим больший диапазон напряжения, и глубина регулирования у отдельных ЭПТ достигает      
  ЭПТ с РПН применяют обычно для электропечей средней и большой мощности, у которых каждое отключение сопровождается колебаниями напряжения в питающей сети, и поэтому желательно свести число включений и отключений печей к минимуму. Применение РПН необходимо также в печах, где работа проводится с неподвижным электродом, и регулирование работы печи достигается изменением напряжения на электродах. Мощные РТП предъявляют еще и специфические требования к ЭПТ, связанные с измерением вторичных токов. Дело в том, что конструкция короткой сети и значения токов, для которых отсутствуют измерительные трансформаторы, не позволяют производить измерения непосредственно на стороне НН ЭПТ. В то же время измерение тока на стороне первичного напряжения ЭПТ не дает возможности правильно судить о токе НН. Объясняется это тем, что для большинства РТП необходима постоянная мощность НН на определенной части диапазона вторичного напряжения ЭПТ. Вследствие этого при колебаниях нагрузки первичный ток ЭПТ остается неизменным в пределах этого диапазона и не может служить для измерения тока НН. В этом случае ЭПТ должны строиться со схемными решениями, которые имели бы вспомогательные цепи со сравнительно небольшим током, изменяющимся строго пропорционально току НН на всех положениях ПУ. Измерительные трансформаторы встраиваются в эти вспомогательные цепи.

      Трансформаторы для установок электрошлакового переплава


    К дуговым печам сопротивления примыкают установки электрошлакового переплава (ЭШП). В печах ЭШП производится переплав электродов из специальных сталей, полученных, например, в дуговых сталеплавильных печах; очищенный в процессе переплава слиток формируется в водоохлажда-емом кристаллизаторе. Дуговой процесс в печах ЭШП происходит только при пуске печи, когда создается шлаковая ванна из электропроводного и рабочего флюса. В дальнейшем плавка происходит как бездуговой процесс, рабочий ток нагревает электрод и поддерживает шлак в расплавленном состоянии.
Трансформаторы для печей ЭШП выпускаются в однофазном исполнении в соответствии с тремя основными схемами питания: одноэлектродные печи с одним расходуемым электродом; двухэлектродные однофазные с двумя электродами и трехфазные с тремя расходуемыми электродами (рис. 28.2 а, б, в).  В последнем случае три однофазных ЭПТ питают три расходуемые электрода, помещенные в общий кристаллизатор и расположенные по вершинам треугольника. В последнем случае три однофазных ЭПТ питают три расходуемые электрода, помещенные в общий кристаллизатор и расположенные по вершинам треугольника. В последнем случае три однофазных ЭПТ питают три расходуемые электрода, помещенные в общий кристаллизатор и расположенные по вершинам треугольника.
В течение всей плавки ЭПТ должен обеспечивать непрерывность режима работы печи.
  На рис. 28.3 показан график нагрузки трансформатора мощностью 1000 кВ*Адля печей ЭШП-2,5. В первый период плавки печь потребляет максимальную мощность, происходит плавление флюса и дуговой процесс. Далее электрический ток, проходя по электроду, поддерживает шлак в расплавленном состоянии; начинается оплавление опущенного в шлак конца электрода, его длина и сопротивление уменьшаются. Для поддержания стабильности процесса необходимо уменьшать вторичное напряжение, а, следовательно, и мощность ЭПТ. Глубина регулирования НН у большинства ЭПТ для печей ЭШП должна составлять Г = 3,5—4,0, а перепад напряжений соседних ступеней — от 2,0 — 2,5 В на первых до 0,2 — 0,3 В на последних ступенях вторичного напряжения. Чтобы обеспечить такую дискретность, современные ЭПТ комплектуются встроенными ПУ, позволяющими получить до 90 ступеней НН. Особенность процесса ЭШП — необходимость токов, достигающих десятков кА, что требует специальных конструктивных решений для ЭПТ. ЭПТ для ЭШП должны обладать определенной универсальностью, чтобы обеспечить переплав слитков из разных сталей и разной массы. С этой целью ЭПТ имеют возможность работать с постоянной (наибольшей номинальной) мощностью на значительной части диапазона НН. 

      Трансформаторы для индукционных печей


 Индукционные тигельные и канальные печи предназначены: для плавки черных и цветных металлов и их сплавов; для перегрева металла перед разливкой и выравнивания его химического состава; для легирования и поддержания постоянных температур при литье (миксеры). Индукционные печи — довольно спокойные потребители энергии, использующие для плавки постоянную или медленно увеличивающуюся мощность (печи для плавки алюминия).  после длительной остановки печи или для просушки тигля после ремонта ЭПТ должен обеспечить пониженное питающее напряжение и потребляемую мощность. ЭПТ для индукционных печей во многом похожи на силовые трансформаторы общего назначения. Однако для выполнения всех требований индукционных ЭП ЭПТ строят с встроенными ПУ и большой глубиной регулирования Г = 5—6. При этом ЭПТ мощностью 1000 кВ*А и менее обычно выполняют с ПБВ и дистанционным управлением, большей мощности — с РПН.
Для поддержания производительности индукционной ЭП ЭПТ должен обеспечивать при максимальной мощности несколько значений вторичных токов и напряжений, т. е. иметь диапазон постоянной мощности. Диапазон охватывает вторичные напряжения в пределах пяти положений ПУ. Начиная с 6-го положения, происходит уменьшение НН одновременно и пропорционально снижению мощности ЭПТ. Особенностью ЭТУ с индукционными ЭП емкостью более 10 т являются броски пускового тока, которыми сопровождается каждое включение трансформатора. Эти броски тока высокой кратности накладывают дополнительные требования к механической прочности обмоток и конструкции ЭПТ для индукционных ЭП большой емкости. 

   Трансформаторы для печей сопротивления


 Электрические печи сопротивления косвенного и прямого действия широко распространены и разнообразны по назначению. Объединяют их принцип действия, а также источники питания — одно- или трехфазные сухие трансформаторы с ВН 220 или 380 В и различными диапазонами вторичных напряжений. Выбор необходимого вторичного напряжения, питающего печь, обеспечивается конструкцией ЭПТ: выводом из трансформатора ответвлений обмоток ВН и ВН, которые можно соединить определенным образом. Соединение выполняется с помощью перемычек (сторона ВН и НН) или ножевых контактов (сторона ВН). Часть трансформаторов выпускается в защитных кожухах, большая часть — в открытом, незащищенном исполнении.

 
     Схемы регулирования вторичного напряжения в электропечных трансформаторах

 Схемы регулирования ЭПТ во многом определяются особенностями и требованиями, предъявляемыми технологическими процессами в ЭП. Однако на выбор схемы влияют и другие факторы: параметры ПУ РПН и ПБВ; обеспечение заданных значений напряжений КЗ на различных ступенях регулирования; необходимые динамическая стойкость и электрическая прочность; транспортные ограничения; заданные габариты; ограничения по экономическим параметрам и др. 
  Схемы регулирования, применяемые в ЭПТ, можно классифицировать по следующим основным признакам:
1. Число электромагнитных единиц:
а) одна единица (рис. 28.4 и 28.5) — прямое регулирование;
б) две единицы (рис. 28.6—28.8) — косвенное регулирование.
2. Значение индукции в магнитной системе:
а) постоянное на всех ступенях регулирования (рис. 28.4);
б) изменяющееся в зависимости от ступени (рис. 28.5-28.8).
                                                                                                                                                      
   3. Место включения переключающего устройства:
а) в цепи обмотки НН (рис. 28.4);
б) в цепи обмотки ВН (рис. 28.5);
в) в промежуточной цепи агрегата (рис. 28.6-28.8).
4. Способ регулирования промежуточной цепи агрегата:
а) с помощью автотрансформатора (рис. 28.6);
б) во вторичной обмотке первой электромагнитной единицы агрегата (рис. 28.7);
в) в третичной обмотке первой электромагнитной единицы агрегата с помощью вольтодобавочного трансформатора (рис. 28.8).
 
                                                                                                                   
  Схема прямого регулирования по рис. 28.4 применяется в ЭПТ с мощностью на стержень не более 2500 кВ — А при НН от 1000 В до 2400 В. Регулирование происходит в обмотке НН, которая совмещает, таким образом, и функции регулировочной. Это наиболее экономичный способ регулирования, при котором индукция в магнитной системе остается постоянной в течение всего цикла переключений. Дополнительным преимуществом является равномерное изменение НН при отключении (или включении) одинакового числа витков на всех ступенях вторичной обмотки. Однако область применения такого регулирования ограничена величиной номинального тока ПУ, который является одновременно и рабочим током ЭП. Принципиальная схема по рис. 28.5 широко применяется в ЭПТ различного назначения с номинальным ВН 6 или 10 кВ при Г от 1,5 до 4, а ее модификации — в ЭПТ с ВН 35 кВ.
  Регулирование происходит при изменении числа витков в обмотке ВН (или РО, как ее части). При этом индукция в магнитной системе изменяется от максимального значения (минимум включенных витков) до минимального, когда все витки подключены к напряжению питающей сети {Ux). Одновременно изменяется и НН — от максимального значения (минимум витков обмотки ВН) до минимального. Преимуществом такого регулирования является возможность применения ПУ на относительно небольшие токи ВН, что существенно увеличивает разнообразие различных схемных решений для получения необходимых диапазонов НН.

 Однако этот способ сопровождается неэффективным использованием магнитной системы ЭПТ, которая оказывается «недогруженной» на всем диапазоне регулирования, кроме положения, соответствующего минимуму включенных витков ВН, когда индукция максимальна. На всех других положениях ПУ индукция уменьшается пропорционально увеличению числа включенных витков ВН.

  Еще одним недостатком такого способа является неравномерность ступеней НН при равном числе включаемых (или отключаемых) витков первичной обмотки.
При использовании схем косвенного регулирования (рис. 28.6—28.8) ЭПТ представляет собой агрегат из двух трансформаторов (или одного автотрансформатора и трансформатора), размещаемых, как правило, в общем баке. При этих схемах регулирование напряжения производится в промежуточной цепи между двумя электромагнитными единицами. Напряжение и ток промежуточной цепи выбираются в соответствии с техническими возможностями ПУ. Регулирование в этих схемах осуществляется по-разному. Так, при схеме рис. 28.6 первая единица агрегата является регулировочным автотрансформатором; схема применяется в ЭПТ с ВН до 35 кВ включительно при Г < 5. При таком способе регулирования автотрансформатор включен на первичное напряжение U\ и имеет постоянную индукцию в магнитной системе. Обмотка В Н печного трансформатора с помощью ПУ подключается к ответвлениям обмотки автотрансформатора. При изменении положения ПУ меняются питающее напряжение, магнитный поток, индукция в магнитной системе печного трансформатора и, следовательно, его вторичное напряжение.

 Преимуществом такого регулирования является возможность получать в пределах диапазона практически любые значения НН — от строго равномерных до резко неодинаковых. Однако этот способ требует значительного расхода активных материалов, особенно стали, и, кроме того, ПУ необходимо выбирать на класс напряжения, соответствующий U\, что во многих случаях является неэкономичным.

  Избежать последнего можно, если регулирование выполнять по рис. 28.7. Оно применяется в ЭПТ с ВН 35 кВ и выше, и первая единица агрегата является регулировочным трансформатором с постоянной индукцией в магнитной системе и регулированием в его вторичной обмотке. В остальном эта схема не отличается от автотрансформаторной.
Единственным преимуществом схемы с регулировочным трансформатором перед схемой с автотрансформатором является возможность устанавливать в промежуточной цепи токи и напряжения, соответствующие параметрам тех или иных ПУ.
 
                                                                                                                    
  По схеме рис. 28.8 регулирование в промежуточной цепи осуществляется с помощью третичной РО главного трансформатора с постоянной индукцией в магнитной системе; РО подключена к первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора с изменяющейся индукцией; обмотки НН обоих трансформаторов соединяются последовательно внутри агрегата. Схема применяется в однофазных ЭПТ с ВН от 10 кВ и выше мощностью от 25 000/3 до 80000/3 кВ • А.

 Преимущество такого регулирования заключается в относительном уменьшении массы агрегата сравнительно с показанным на рис. 28.7. Объясняется это тем, что мощность вольтодобавочного трансформатора соответствует мощности РО, которая составляет только часть мощности главного трансформатора. А поскольку РО встроена в промежуточную цепь, переключающее устройство может выбираться на существенно меньшие токи и напряжения, чем в схеме рис. 28.7.

Главная

трансформаторы-производства Украины

Добро пожаловать на сайт компании «Элста»!
наша компания является разработчиком и производителем
тороидальных трансформаторов в Украине

 

Преимущества тороидальных трансформаторов по сравнению с трансформаторами классического исполнения (типа ШЛ, ПЛ, и Ш-образных)

  • Меньший размер трансформатора позволит вам уменьшить размер и вес установленного оборудования, а также поможет инженерам, у которых ограниченное   пространство для компоновки;
    Использование тороидального трансформатора позволяет получить более низкую конечную стоимость;

  • Незначительный звуковой фон при работающем трансформаторе. Возможность создания,при необходимости,»молчащего» трансформатора;
  • КПД тороидального трансформатора значительно выше;
  • Трансформатор в таком исполнении очень удобен для крепления и монтажа(достаточно одного осевого винта и крепежной пластины необходимого размера);
  • Низкие значения полей рассеяния. Тороидальный трансформатор выполнен с равномерной намоткой всех обмоток и поэтому является энергоэффективным.
  • Тщательно отработанная технология производства позволяет создавать качественные трансформаторы с продолжительным сроком службы;
{youtube}j6YEr0c2orY{/youtube}
 

Мы производим тороидальные трансформаторы различной мощности для оборудования в таких сферах как :

А также для любых других сфер производства и техники в большом диапазоне конфигураций необходимых заказчику.

Для заказа трансформатора звоните-(099)9029485  (098)0251919  (057)7595006 

трансформаторы-производства УкраиныТрансформаторы силовыеТрансформатор 150ВА ЯТП в корпусе

 

 
Google+  {jcomments off}

Трансформаторы для преобразовательных установок

   Назначение и области применения

 
   Преобразовательная техника используется для выпрямления токов переменного в постоянный, инвертирования постоянного в переменный, преобразования частоты, числа фаз, одной величины напряжения постоянного тока в другую. В табл. 29.1 приведены обобщенные характеристики трансформаторов для преобразовательных установок различного назначения.1 В скобках указаны трансформаторы редко изготовляемых исполнений. Из таблицы вид но, что преобразовательные трансформаторы применяются во многих отраслях народного хозяйства, типовые мощности масляных трансформаторов достигли 160 тысяч кВ-А, сухих трансформаторов — 6300 кВ-А, выпрямленные токи — 100000 А в единице, сетевые напряжения — 110—220 кВ. Диапазон выпрямленных напряжений составляет 12—20000 В.

                              
             В таблице указаны следующие способы регулирования: ПБВ — переключение без возбуждения, РПН — регулирование под нагрузкой переключающим устройством, УР — регулирование управляемым реактором с подмагничиванием постоянным током.
 

      2. Режимы работы и особенности технических требований
      2.1. Функции преобразовательных трансформаторов

  Производство и распределение электрической энергии осуществляется на переменном трехфазном токе, но, вместе с тем, большому числу потребителей необходим постоянный ток. Для преобразования тока одного рода в другой в настоящее время почти исключительно применяются статические преобразователи электрической энергии.
  Статический преобразователь состоит из специального силового трансформатора (ПТ), полупроводниковых вентилей, уравнительных и сглаживающих реакторов, нагрузки, устройства управления вентилями или трансформатором, вспомогательных устройств для включения, отключения, охлаждения и защиты. Специальный силовой трансформатор служит для изменения значения напряжения сети и его согласования с входным напряжением преобразователя. С помощью ПТ сеть постоянного тока изолируется от сети переменного тока, увеличивается число фаз вентильных обмоток для уменьшения величины пульсации выпрямленного напряжения и тока, улучшения формы сетевого тока.
  Конструкция магнитопровода ПТ может иметь: магнито-разделенную систему (совокупность магнитопроводов трех однофазных трансформаторов), магнито-связанную (состоит из одного трехстержневого магнитопровода трехфазного трансформатора) и смешанную магнитную систему (образуется из двух и более трехфазных магнитопроводов).
  На магнитонроводе преобразовательного трансформатора размещаются электрически не связанные обмотки сетевые (СО) и вентильные (ВО). СО — обмотка, присоединяемая к сети переменного тока, ВО — обмотка, присоединяемая к вентильным преобразователям. В трёхфазных трансформаторах применяются две основные схемы соединения сетевых обмоток: звезда и треугольник. Схемы вентильных обмоток делятся на простые и сложные. Различают следующие простые схемы вентильных обмоток: разомкнутые или лучевые — простая звезда, двойная звезда, простой зигзаг, двойной зигзаг и дважды двойной зигзаг; замкнутые — треугольник, шестиугольник.
  В преобразователях со сложными схемами выпрямления вентильные обмотки одного или нескольких трансформаторов расщепляются на отдельные части. Каждая часть вентильных обмоток с включенными вентилями образует простой преобразователь. Последние соединяются между собой последовательно или параллельно и составляют сложный преобразователь. Сложные схемы преобразования применяются в тех случаях, когда необходимо уменьшить пульсации выпрямленного напряжения и тока и улучшить использование полупроводниковых вентилей. Трансформатор оказывает существенное влияние на размеры и массу, стоимость, коэффициент мощности и коэффициент полезного действия преобразователя.
  Уравнительные реакторы служат для равномерного деления тока между параллельно работающими простыми выпрямителями. Сглаживающие реакторы предназначаются для уменьшения пульсации выпрямленного тока в цепи нагрузки. Если преобразователь выполнен с регулированием напряжения иод нагрузкой, в схему входит система автоматического управления трансформатором или преобразователем.
Физические свойства и технические характеристики преобразователей зависят от схемы соединения вентилей между собой и с трансформатором, типа вентилей, схемы соединения обмоток и конструкции магнитопровода трансформатора. Наиболее важным из указанных признаков является первый, по которому обычно проводится классификация преобразователей. В большинстве случаев преобразователи средней и большой мощности питаются от сети трехфазного тока промышленной частоты, что позволяет получить трех-, шести-, двенадцати-, и кратное двенадцати преобразование.

      2.2. Схемы и фазность преобразования
 В преобразовательных установках выпрямленное напряжения имеет пульсирующий характер и содержит составляющую Ud и переменную ud. Соотношение между постоянной и переменной составляющими в различных установках различно зависит от фаз-ности выпрямления. Фазностью, или пуль-сностью, преобразования называют число пульсаций (т) выпрямленного напряжения за период переменного напряжения сети. Понятие фазности дает представление о качестве преобразования. Чем выше фазность, тем выше качество преобразования, оценить которое можно с помощью коэффициента преобразования (с) или коэффициент пульсации (q). Коэффициентом преобразования называется отношение постоянной составляющей выпрямленного напряжения холостого хода Udo к его амплитуде Um\ с ростом фазности коэффициент преобразования приближается к единице. Коэффициент пульсации равен отношению амплитуды v-ой гармоники переменной составляющей к среднему значению выпрямленного напряжения холостого хода преобразователя; с ростом фазности коэффициент пульсации стремится к нулю.
  Коэффициенты преобразования (с) и пульсации по первой, основной гармонической состав;- пощей в зависимости от фазности, приведены в табл. 29.2.
Фазность преобразования зависит от числа фаз питающей преобразователь сети и схемы преобразования. Наиболее распространёнными схемами используемыми в преобразователях средней и большой мощности, являются нулевые и мостовые. Фазность преобразования простого двухполупе-риодного преобразователя, питающегося от сети переменного тока, равна двум. Шести-фазная пульсация достигается, например, включением простого трёхфазного мостового выпрямителя в трёхфазную сеть. Для увеличения фазности выпрямленного напряжения свыше шести используются сложные схемы выпрямления с несколькими или одним трансформатором, вентильные обмотки которого расщепляются на отдельные части. Каждая часть вентильной обмотки такого трансформатора питает простой преобразователь. Соединяя последовательно или параллельно простые преобразователи, получают сложные многофазные схемы выпрямления.

                                                        

     2.3. Схемы и группы соединения обмоток
  Силовые преобразовательные трансформаторы выполняются с самыми различными схемами соединения обмоток, количество которых значительно больше, чем в силовых трансформаторах общего назначения. Применение той или иной схемы соединения преобразовательного трансформатора обусловливается схемой и фазностью выпрямления, мощностью и классом напряжения, а также специфическими требованиями к ограничению аварийных токов, регулированию напряжения и коэффициенту мощности преобразователя.
  Самые простые по исполнению схемы соединения обмоток трансформатора получаются тогда, когда его вентильная обмотка состоит из одной части. Схемы и группа соединения обмоток однофазных и трёхфаз-
ных трансформаторов с такими ВО приведены в табл. 29.3. Схемы / и 2 предназначены для преобразователей по однофазной полупроводниковой схеме со средней точкой и однофазной мостовой схеме соответственно. Для трёхфазной нулевой схемы, применяемой в преобразователях мощностью до 250 кВт, используются трансформаторы сосхемами соединения J, 4 и 5; для трёхфазной мостовой — трансформаторы со схемами соединения обмоток 6—9. Соединение ВО в звезду или треугольник зависит от её мощности и класса напряжения. Для преобразователей с относительно большим выпрямленным током и малым выпрямленным напряжением вентильная обмотка чаще соединяется в треугольник, обеспечивающий лучшую технологичность обмотки. Сетевую обмотку трёхфазных трансформаторов соединяют, как правило, в звезду. Допускается выполнение СО с соединением в треугольник для трансформаторов с междуфазным напряжением 0,38 кВ, а также 6 и 10 кВ при мощности сетевой обмотки 800 кВ • А и выше, 35 кВ — при 4000 кВ • А и выше, 110 кВ — при 6300 кВ • А и выше, 220 кВ — при 16000 кВ • А и выше. Иногда преобразовательные трансформаторы изготавливаются с переключением обмоток с одной схемы на другую. Так, например, в трансформаторах для электролизных производств изменения напряжения в больших пределах обеспечивается переключением сетевой обмотки с треугольника на звезду. При выпрямленных напряжениях 450 В и менее и шестифазном режиме преобразования часто используют нулевую схему «две обратные звезды с уравнительным реактором» и кольцевую схему. Схемы и группы соединения трансформаторов для этих преобразователей представлены в табл. 29.4. В табл. 29.3 и 29.4 индекс «н» обозначает выведенную нулевую точку, а индекс «нр» выведенную нулевую точку трансформатора со встроенным уравнительным реактором. Для схем 10—13 табл. 29.4 и схем 5 и 6 табл. 29.5 группы соединения обмоток трансформатора определяются при соединении обмотки с разобщенным нулем в «звезду». Эти схемы используются в преобразовательных установках со специфическими требованиями.
  Для преобразователей мощностью свыше 4000 кВ-А часто применяют сложные схемы преобразования, обеспечивающие двенадцати- и двадцатичетырёхфазный режим выпрямления. Эти схемы осуществляются с помощью нескольких трансформаторов с разными простыми схемами соединения обмоток, либо с помощью одного трансформатора с ВО, расщеплённой на несколько частей, каждая из которых питает одну преобразовательную секцию. В табл. 29.5 приведены схемы соединения обмоток трансформаторов, с расщеплённой ВО для двенадцати- и двадцатичетырёхфазных преобразователей, в которых каждая преобразовательная секция, питаемая от одной части ВО, соединена по трёхфазной мостовой схеме. Для этого используются сочетания следующих схем соединения обмоток: звезда, треугольник и треугольники с продолженными сторонами. Схемы / и 2 обеспечивают двенадцатифаз-ный режим, а схемы 3—6 — двадцатичетырёхфазный режим преобразования.

     
                                                     
                                                          
    2.4. Классификация напряжений и сопротивлений короткого замыкания
                                  
  Силовые ПТ отличаются от силовых трансформаторов общепромышленного назначения в первую очередь более сложными схемами соединения обмоток. Вентильные обмотки часто выполняются расщеплёнными, и ПТ осуществляют функции делителя мощности между преобразовательными блоками (секциями). Величина аварийных токов в преобразователях ограничивается в определенных пределах за счет выбора схем расщепления ВО и секционирования СО, а также регулировочной обмотки (РО). Схема и группа соединения обмоток, схема их расщепления и секционирования существенно влияют также на коэффициент мощности преобразователя, на его внешнюю характеристику, определяют уровень взаимного влияния режимов в преобразовательных блоках, соединениях с разными частями ВО.
В рабочих и аварийных режимах преобразователя мгновенные значения токов в частях обмоток существенно различны. Соответственно, различны магнитные поля рассеяния и связанные с ними индуктивные сопротивления рассеяния трансформаторов. Это оказывает большое влияние на токораспределение между параллельными ветвями и проводниками обмоток, величину добавочных потерь, в том числе от высших гармонических составляющих. Характеристики преобразователей в каждом из рабочих и аварийных режимов зависят от определённых индуктивных и активных сопротивлений обмоток трансформатора. Для анализа этих характеристик и режимов уже недостаточно понятия напряжения короткого замыкания и, соответственно, сопротивления короткого замыкания трансформатора, по ГОСТ 16110—82. В связи с этим, для напряжений короткого замыкания преобразовательных трансформаторов ГОСТ 16772—77 введены дополнительно понятия и термины:
  а) сквозное напряжение короткого замыкания (ик) — напряжение КЗ пары обмоток (сетевой и вентильной) при замкнутых накоротко всех частях вентильной обмотки, рис. 29.1, а\ 
  б) напряжение частичного короткого замыкания (икг) — которое должно быть приложено к выводам СО трансформатора, чтобы в ней установился номинальный ток при замкнутой накоротко одной из гальванически не связанных частей ВО и разомкнутых остальных частях, рис. 29.1, в\ 
  в) напряжение короткого замыкания коммутации (и^к) — междуфазное напряжение, которое должно быть приложено к выводам СО трансформатора, чтобы в ней установился номинальный ток при замкнутых накоротко частях ВО с одинаковой схемой и группой соединения, одновременно участвующих в коммутации в номинальном режиме и разомкнутых остальных частях, рис. 29.1, г; 
         
                                                                        
                                                                                   

     г) напряжение короткого замыкания расщепления (и^р) (рис. 29.1, д) — напряжение, которое нужно подвести к одной из гальванически не связанных частей ВО, чтобы в ней установился ток, соответствующий номинальной мощности СО, при замкнутой накоротко другой части той же обмотки и разомкнутых СО и остальных частей ВО. 
    Напряжения короткого замыкания позволяют определить соответствующие полные, индуктивные и активные сопротивления трансформаторов. Классификация и обозначение индуктивных сопротивлений рассеяния ПТ приведены в табл. 29.6, которые аналогичны и для активных составляющих сопротивлений короткого замыкания трансформаторов. В таблице даны ссылки на схемы опытов короткого замыкания, в которых может быть определен данный вид сопротивления и характерные области их использования. В любом из опытов короткого замыкания питаемая и замкнутая накоротко обмотки (части обмотки) могут меняться местами.
Расчет реактансов, представляющий собой сложную задачу, выполняется обычно но методике, которая учитывает неравномерность распределения магнитодвижущих сил, отключение регулировочных витков в трансформаторах с ПБВ и ре1улировочных ветвей в трансформаторах с РПН, наличие циркулирующих токов.

     2.5. Требования к сопротивлениям и напряжениям короткого замыкания
  Представленные в табл. 29.6 сопротивления короткого замыкания являются одними из основных параметров трансформатора, существенно влияют на его конструкцию и массо-габаритные показатели, а также параметры преобразователя. В двухобмоточ-ном преобразовательном трансформаторе, ВО которого состоит из одной части и питает одну преобразовательную секцию, используется понятие сквозного короткого замыкания, которое определяет уровень аварийных токов, значение коэффициента мощности, а также изменение выпрямленного напряжения преобразователя в рабочих режимах. Требования к напряжениям короткого замыкания трансформаторов, имеющих ВО, расщепленную на две и более части, каждая из которых предназначена для питания отдельной преобразовательной секции, такие же, что и для трансформаторов с одной частью ВО и вытекают из необходимости ограничивать аварийный ток в трансформаторе и преобразовательной секции при коротком замыкании на шинах преобразователя, так как от его величины зависит электродинамическая и термическая стойкость трансформатора и преобразователя. Значение сквозного напряжения КЗ определяет также выбор уставок защиты электрооборудования. Если ВО трансформатора состоит из нескольких частей с одинаковой схемой соединения, увеличение сквозного сопротивления КЗ, вызванное требованием ограничения тока, приводит к росту потребления реактивной мощности и ухудшению коэффициента мощности преобразовательного агрегата. Если же ВО содержит несколько частей с разными схемами соединения, указанной зависимости может и не быть, так как потребление реактивной мощности зависит от сопротивления КЗ трансформатора в режиме коммутации. В наиболее распространенных сложных схемах преобразования, каковыми являются двенадцатифаз-ные, одновременно коммутируют вентили половины преобразовательных секций, питаемые от частей ВО с одинаковой схемой соединения (при угле коммутации не более 30 эл. град.). Так как индуктивное падение напряжения преобразователя зависит от индуктивной составляющей напряжения КЗ коммутации, в значительной мере определяющего величины выпрямленного напряжения и коэффициента мощности агрегата, то требования к данному виду сопротивления КЗ трансформатора сводится к его минимизации. Из понятия напряжения КЗ коммутации следует, что в преобразовательном трансформаторе столько сопротивлений коммутации, сколько групп соединений обмоток имеет трансформатор. Как правило, существует требование к определенному соотношению этих сопротивлений коммутации, что связано с требованием обеспечить заданное деление тока между параллельными преобразовательными секциями, питающимися от частей с разными семами соединения. Для выравнивания тока между запарал-леленными преобразовательными секциями, питающимися от частей ВО с одинаковой схемой соединения, должно выполняться требование равенства сопротивлений коммутации частей. Выполнение заданного соотношения между сопротивлениями коммутации частей позволяет трансформатору, питающему преобразователь с любой сложной схемой преобразования, осуществлять функцию делителя тока между преобразовательными секциями, обеспечить высокую нагрузочную способность агрегата, снизить потери от неравномерного деления тока. 

       
                                            
    Наиболее часто встречающимся аварийным режимом короткого замыкания преобразовательного трансформатора в эксплуатации является короткое замыкание одной части ВО, развивающееся из «пробоя» вентиля преобразовательной секции. В этом случае аварийный ток короткого замыкания ограничивается сопротивлением частичного КЗ. Следовательно, величина напряжения частичного КЗ определяется необходимостью обеспечить электродинамическую стойкость трансформатора и необходимостью осуществить при пробое вентиля надёжную защиту преобразователя с помощью предохранителя, включенного последовательно с вентилем, либо другими защитными аппаратами.
    И, наконец, последним видом напряжения короткого замыкания, к которому предъявляются нормированные требования, является напряжение КЗ расщепления, что объясняется двумя причинами. Первая из них обусловлена случаем, когда преобразователь питается от трансформатора, ВО которого расщеплена на несколько частей с разными схемами соединения, питающих преобразовательные секции, каждая из которых работает на свою нагрузку. Вторая — когда такие её преобразовательные секции запараллелены и работают на общую нагрузку. В первом случае независимая работа каждой преобразовательной секции от нагрузки любой другой может быть обеспечена при минимальном взаимном влиянии между частями ВО. Последнее приводит к требованию выполнения трансформатора с максимально возможными величинами индуктивных сопротивлений расщепления. Во втором случае, в агрегатах со сложными схемами преобразования (12-фазное и выше), когда преобразовательные секции за-параллелены на одну общую нагрузку, сопротивление расщепления играет роль ограничителя уравнительного тока между преобразовательными секциями. Этот уравнительный ток возникает из-за разности мгновенных значений выпрямленных напряжений преобразовательных секций, присоединенных частям вентильной обмотки, имеющим разные схемы соединения. Следует отметить, что в ограничении уравнительного тока между преобразовательными секциями кроме сопротивления расщепления участвует и сопротивление коммутации.
   Таким образом, для ограничения уравнительного тока и уменьшения потерь от высших гармоник целесообразно увеличивать сопротивления расщепления и коммутации.

                                                                                               сопротивление кз
        2.6. Внешняя характеристика преобразователя   
  Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока называют внешней характеристикой преобразователя, рис. 29.2. С увеличением тока нагрузки возрастают падения напряжения на элементах схемы и выпрямленное напряжение уменьшается. Падения напряжения делят условно на три составляющие: индуктивное падение напряжение цепи коммутации AUх, активное падение напряжения AUnпадение напряжения в вентилях выпрямителя AUe. Падение напряжения в вентилях считают не зависящим от тока нагрузки и принимают равными сумме падений напряжений всех последовательно включенных вентилей при протекании через них номинального тока. В общем случае внешняя характеристика преобразователя описывается уравнением:
                
                                                                           
     
 где — AUd значение выпрямленного напряжения в режиме холостою хода преобразователя. 
 Индуктивное и активное падения напряжений зависят от тока нагрузки Id и сопротивлений х, R. Эти сопротивления, приведенные к вторичной стороне определяются формулами:

                                                                         
где  хс — индуктивное сопротивление питающей сети; хк — индуктивное сопротивление сквозного КЗ трансформатора; хш — индуктивное сопротивление ошиновки; хр — индуктивное сопротивление реакторов, включенных в цепь выпрямленного тока.

                                                                                                                                
 где RK — активное сопротивление сквозного RP трансформатора; RUI — активное сопротивление ошиновки; Rp — активное сопротивление реакторов в цепи выпрямленного тока.
На основании этих выражений определяют, в зависимости от схемы преобразования, напряжение ВО.
 
                                                                                            

        2.7. Регулирование выпрямленного напряжения и стабилизация выпрямленного тока

  Преобразователи, в зависимости от их назначения, работают в весьма разнообразных режимах. Во всех случаях, отклонение напряжения от номинального значения существенно влияет на технико-экономические показатели электрических установок. В условиях эксплуатации возникает необходимость поддерживать выпрямленное напряжение постоянным или меняющимся по определенному закону, а также стабилизировать в ряде случаев выпрямленный ток.

       2.8. Схемы регулирования напряжения и стабилизации тока    

  Изменение напряжения по заданному закону осуществляется с помощью регулируемых трансформаторов и автотрансформаторов, различных устройств, позволяющих раздельно или cobmcciho изменять величину и знак добавляемого напряжения, специальных схем с использованием нерегулируемых и регулируемых полупроводниковых выпрямителей. Так как преобразовательный трансформа!ор может иметь несколько вентильных обмоток на большие токи, переключающие и рейдирующие устройства в подавляющем большинстве случаев располакног на сюроне сетевой обмотки. В усiроистнах, позволяющих раздельно или совместно изменять величину и знак добавляемого напряжения, peiулирование напряжения осуществляется вольтодобавочными трансформаторами и автотрансформаторами со ступенчатым, плавным и комбинированным РПН. Регулирование напряжения может также осуществляться с помощью управляемых тирисгорных преобразователей, а в схемах с неуправляемыми полупроводниковыми выпрямителями с помощью управляемых реакторов, включаемых последовательно с полупроводниковыми вентилями.
  Ступенчатое регулирование напряжения под нагрузкой даёт возможность регулирования напряжения без перерыва питания и отключения обмоток от сети, что позволяет также автоматизировать процесс регулирования. По ГОСТ 16772—77 регулирование под нагрузкой предусматривается для трансформаторов с междуфазным напряжением 6 и 10 кВ при мощности сетевой обмотки 800 кВ • А и более, 20 и 35 кВ — при 4000 кВ • А и более, ПО кВ — при 10 000 кВ • А и более и 220 кВ — при мощности сетевой обмотки 16 000 кВ-А и более. Во многих установках регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) осуществляется автотрансформаторами, включенными перед трансформаторами. Это значительно увеличивает мощность трансформаторного оборудования в преобразовательных установках. Более экономным является применение регулирования непосредственно на трансформаторе. Анализ показал, что для мостовой схемы выпрямления и схемы две обратные звезды с уравнительными реакторами при глубине ре1улирования до 50%, типовая мощность трансформатора с встроенным РПН меньше суммы типовых мощностей регулировочного автофансформатора и трансформатора без РПН. В трансформаторах с напряжением 6 и 10 кВ встроенное РПН выгоднее при мостовой схеме выпрямления до глубины регулирования 68 %, а для схемы две обратные звезды с уравнительным реактором — до 73%.
   В отечественных преобразовательных трансформаторах применяют в основном переключающие устройства быстродействующие с токоограничивающим резистором (РНТА).
   В таких производствах, как электролиз алюминия, необходимо производить 25—80 переключений в сутки, при электролизе меди и магния — 25—50. а цинка — до 50—100. Поэтому требования к условиям работы с РПН во многих преобразовательных трансформа юрах значительно жестче, чем для трансформаторов общего назначения. Поэтому в настоящее время они илотавливают-ся с устройствами для ступенчатого РПН, допускающими не менее одного миллиона переключений механизмов устройства и его конiактов, не разрывающих ток, а также не менее 80—100 тысяч переключения контактов устройств РПН, разрывающих ток. В переключающих устройствах типа РНТА, удовлетворяющих перечисленным требованиям, для разрыва электрической дуги применяются контакторы с вакуумными дуговыми камерами (ВДК), эти устройства выполняются погруженными в масло и устанавливаются непосредственно в баках трансформаторов.
    Глубина регулирования напряжения в электролизных производствах как цветной металлургии, так и в химической промышленности до 80—85 % номинального выпрямленного напряжения осуществляется в преобразовательных трансформаторах в основном применением глубоко встроенного РПН непосредственно в сетевой обмотке преобразовательного трансформатора. Использование переключающего устройства с 12 или 24 ступенями обеспечивает диапазон регулирования напряжения 50% от номинального с величиной ступени (в близких к номинальному режиму положениях) около 4,5—5%. При этом, как правило, применяется схема с «грубой» ступенью, как схема, обеспечивающая по сравнению со схемой с реверсом более высокий КПД в положениях, близких к номинальному.
    Для электролизных установок в отдельных случаях применяется также схема с двумя «грубыми» ступенями, позволяющая снизить величину напряжения ступени до 2 % от ном и нал ьного при сохранении общей глубины регулирования. Это достигается путем уменьшения числа витков в ступени при сохранении общего количества регулировочных витков за счет второй «грубой» ступени регулирования, включаемой в схему без нагрузки с помощью дополнительного переключателя диапазонов. Однако, обладая преимуществами в обеспечении достаточно малой величины напряжения ступени при относительно небольших дополнительных затратах она несколько усложняет эксплуатацию, в частности в режимах пуска, так как имеет 6 диапазонов.
    Глубина регулирования напряжения в ряде типов трансформаторов увеличивается (до 80—85 %) переключением сетевой обмотки с треугольника на звезду или параллельно-последовательным переключением её частей.
    Преобразовательные трансформаторы со ступенчатым РПН имеют высокие КПД и коэффициент мощности. Однако, например, на электрифицированном на постоянном токе железнодорожном транспорте и в электрометаллургии, где требуется очень большое число переключений при автоматическом регулировании, а также для установок, где технология требует плавного регулирования напряжения, используются трансформаторы с плавным бесконтактным РПН. Такие трансформаторные устройства повышают надежность работы установок, сокращают эксплуатационные расходы и облегчают автоматизацию производственных процессов.
    Трансформаторы с бесконтактным РПН весьма надежны в работе, удобны в эксплуатации, облегчают автоматизацию регулирования напряжения и позволяют получить требуемые внешние характеристики агрегата. Однако, с увеличением диапазона регулирования возрастают массы, размеры и стоимость таких регулирующих устройств. Поэтому в ряде случаев применяют комбинированное, т. е. плавно-ступенчатое регулирование под нагрузкой. Комбинированное РПН обеспечивает плавное регулирование напряжения в широких пределах и имеет достаточно хорошие технико-экономические показатели. Сущность способа заключается в одновременном использовании переключающего устройства, осуществляющего ступенчатое переключение ответвления регулировочной обмотки, и управляемых реакторов или тиристоров, рассчитанных на напряжение регулировочной ступени и позволяющих плавно регулировать напряжение внутри каждой ступени.
   В некоторых случаях необходимо регулировать напряжение ступенями 1 — 1,5 % от номинального напряжения. При глубине регулирования 50 % такое регулирование можно было бы осуществить ступенчатым изменением числа витков, если принять 40— 50 регулировочных ответвлений РО и контактов переключающего устройства. Такое большое число ответвлений и контактов переключающего устройства резко усложняет конструкцию и увеличивает размеры не только устройства, но и трансформатора, а также ухудшает технико-экономические показатели. 
   Уменьшения напряжения ступени регулирования при ограниченном количестве ответвлений можно достичь пофазным регулированием, позволяющим снизить напряжение ступени примерно в три раза. Для по-фазного регулирования используется схема ABC, осуществляющая поочередное переключение ответвлений фаз трехфазного трансформатора. Сначала переключается одна, например, фаза А, затем другая — В и далее третья — С. Если положение переключающих устройств на всех фазах, при котором число включенных витков в фазах СО одинаково назвать симметричным, то при пофазном регулировании осуществляется поочередный переход подвижных контактов переключателя с одного симметричного на другое симметричное положение. Такой переход называют циклом переключения. Схема переключения фаз ABC неизменна во всех циклах на всем диапазоне регулирования. Положения переключающего устройства в цикле переключения, при которых числа включенных витков в фазах неодинаковы, называют несимметричными.
   При неравных числах витков фаз СО и симметричном напряжении питающей сети в трансформаторе несколько искажаются магнитные потоки, напряжение, токи по амплитуде и фазе. В схеме соединения СО в треугольник появляются поток и ток нулевой последовательности, влияние которых может быть снижено встраиванием в части ВО индуктивных устройств, а также встраиванием тепловых нагрузок всех фаз обмоток в процессе эксплуатации. В трансформаторах для 12-фазной схемы преобразования с соединением СО в треугольник экономически целесообразно использовать пофаз-ное регулирование напряжения с коэффициентом несимметрии 0,9—1,1. В этом случае нет необходимости принимать меры для подавлением тока нулевой последовательности в обмотках, соединенных в треугольник.
   
        2.9. Испытательные напряжения
   Особенности схем преобразовательных установок, режимов работы преобразователей существенно влияют на условия, в которых работает изоляция ТРО. Изоляция сетевых обмоток ПТ прежде всего должна быть рассчитана на воздействия, связанные с обычными режимами работы электрических сетей, т. е. на такие же воздействия, которые определяют требования к изоляции силовых трансформаторов общего назначения, нормируемые ГОСТ 1516.3—96 «Электрооборудование переменного тока на напряжение от 1 до 750 кВ. Требование к электрической прочности изоляции». Масляные трансформаторы с большой глубиной встроенного регулирования (40% и более), предназначенные для изменения выпрямленного напряжения (тока) в установках электролиза, электропривода, а также различных электропечных установках на постоянном токе, присоединяются к кабельной сети, либо через кабель или закрытый шинопровод достаточной длины (не менее 80—100 м) к шинам понижающей подстанции или электростанции предприятия. Такое подсоединение трансформаторов исключает прямое воздействие на них атмосферных перенапряжений. В то же время, в трансформаторах с глубоким встроенным регулированием при импульсных внешних воздействиях значительно возрастают потенциалы на свободных концах регулировочной обмотки класса напряжения 3—35 кВ. Поэтому для ответственных установок с повышенными требованиями к надёжности, испытания грозовыми импульсами проводятся по нормам ГОСТ для ПТ с РПН при глубине регулирования до 40—50%. В непосредственной близости к таким трансформаторам целесообразно устанавливать вентильные разрядники, ограничивающие амплитуду возможных перенапряжений.
    Сетевые обмотки сухих трансформаторов выполняются с облегченной изоляцией и предназначаются для работы в установках, не подверженных атмосферным перенапряжениям. Испытательные напряжения промышленной частоты, коммутационной и импульсной волнами приведены в табл. 29.7.
Испытание приложенным напряжением нормировано стандартом, испытания коммутационным импульсом и полным грозовым импульсом являются факультативными. Изоляция ВО определяется процессами возникающими непосредственно в преобразователях (коммутация вентилей, пробой вентилей, обрывы в цепях), коммутационными перенапряжениями при включении и отключении трансформаторов или преобразователей, а также перенапряжениями, трансформирующимися в СО.
    Наиболее опасными можно считать перенапряжения, возникающие при отключении вакуумными выключателями нарастающего тока холостого тока ПТ.
Испытательные напряжения вентильных обмоток ПТ, нормируются ГОСТ 16722—77 и приведены в табл. 29.8 (для преобразователей с полупроводниковыми вентилями).
С учетом особенностей режимов работы трансформаторов для отдельных потребителей приняты следующие исключения от норм, приведенных в табл. 29.7:
♦ испытательные напряжения ВО и частей расщепленной обмотки ВО, по отношению друг к другу, трансформаторов, предназначенных для электрифицированного железнодорожного транспорта, принимаются равными 3Ud0 + 5000 для нулевых схем и 1,56^0 + 5000 для мостовых схем;
♦ испытательное напряжение ВО трансформаторов для преобразователей, предназначенных для электролиза цветных металлов и химической промышленности, составляет не менее 6500 В. 
     Изоляция витков обмоток, межслоевая
и междукатушечная изоляция, а также междуфазная изоляция должны быть рассчитаны на испытание двойным номинальным напряжением, индуктированном в самом трансформаторе частотой 100—400 Гц, длительностью, соответственно, от 1 мин до 15 сек.

                                                                                             
                                                                                             испытательные напряжения
    Трансформаторы с повышенными требованиями к надежности или трансформаторы для установок, в которых технологические процессы требуют частых включений и отключений, сопровождаемых коммутационными перенапряжениями, выполняются с изоляцией, рассчитанной на испытание индуктированным напряжением, равным 2,5—3-кратному номинальному.

Испытательные напряжения реакторов приведены в табл. 29.9.

    2.10 Классификация преобразовательных трансформаторов

  По типовой мощности и классу напряжения обмоток, ПТ подразделяются на габариты: I габарит — 10—100 кВ • А; II габарит — 125-1000 кВ-А; III габарит — 1250-6300 кВ-А; IV габарит — 8000 кВ-А; и более напряжением до 35 кВ включительно; V габарит — до 32 000 кВ — А включительно, напряжением свыше 35 до 110 кВ включительно; VI габарит — 40000-80000 кВ-А напряжением свыше 35 кВ до 110 кВ включительно и мощностью до 80000 кВ-А включительно, напряжением свыше 110 до 330 кВ включительно; VII габарит — мощностью свыше 80 000 до 220 000 кВ • А включительно, напряжением до 330 кВ включительно.
  По виду охлаждения ПТ можно разделить на три основные группы: масляные трансформаторы, с заполнением негорючими изоляционными жидкостями, сухие трансформаторы.
  Масляные преобразовательные трансформаторы изготавливаются мощностью 2500 кВ • А и более. При мощностях до 6300—8000 кВ-А используется система охлаждения М с естественной конвекцией масла и воздуха. Большие мощности требуют применения систем охлаждения: Д —с естественной циркуляцией масла и с принудительным обдувом охлаждающих радиаторов; Ц — с принудительной циркуляцией масла через охлаждаемые водой охладители; ДЦ — с принудительной циркуляцией масла и воздуха. Сухие преобразовательные трансформаторы выпускаются типовой мощности до 10000 кВ • А, причем при мощности, приблизительно, до 6300 кВ • А достаточна естественная конвекция воздуха. За последние годы нашли распространение конструкции сухих трансформаторов, в которых основные изоляционные функции осуществляет не воздушная среда, а твердая изоляция, в частности, термореактивного типа, а охлаждение обеспечивается принудительными системами водяного или воздушного охлаждения.
   В зависимости от способа регулирования, ПТ подразделяются на переключаемые без возбуждения (ПБВ); регулируемые под нагрузкой (РПН).
   По роду установки, ПТ относят к двум группам: наружной и внутренней установкам, т. е. на открытом воздухе или в помещении. Род установки регламентируется климатическим исполнением и категорией размещения трансформаторов. ПТ имеют исполнения для работы в умеренном (У), холодном (УХЛ), тропическом (Т) климате. Масляные трансформаторы могут устанавливаться на открытом воздухе — категория размещения /, под навесом или в специальных камерах — категория размещения 2. Трансформаторы с заполнением негорючей жидкостью — совтолом, устанавливаются в отапливаемых помещениях — категория размещения 4, с заполнением гексолом — в неотапливаемых помещениях — категория 2. Сухие трансформаторы, как правило, предназначены для работы в закрытых помещениях — категория размещения 3 и 4. В последние годы разработаны сухие трансформаторы с повышенной стойкостью к воздействию факторов внешней среды — ка-1егория размещения 2.
    По назначению различают преобразовательные трансформаторы для: выпрямителей электролизных установок в цветной металлургии и химической промышленности; тиристорного электропривода с двигателями постоянного юка: электрифицированного железнодорожного транспорта (индекс Ж); инвер горных афегатов тяговых подстанций железных дорог (И); тяговых подстанций городского транспорта — трамвая, троллейбуса; питания электропечных установок (П); возбуждения синхронных машин (В): гальванических установок (Г); тиристорного электропривода экскаваторов (ЭК); буровых установок (Б); частотно-регулируем о го синхронного электропривода (С); частотно-регулируемого асинхронного электропривода (А). Указанные в скобках индексы регламентируются стандартом или техническими условиями. К дополнительным конструктивным признакам, классифицирующим ПТ, следует отнести способ выполнения вентильных обмоток (ВО): нерасщепленными, расщепленными на части в пределах одного концентра, занимаемого этой обмоткой (индекс Р), расщепленными на части, расположенные на разных концентрах по отношению к сетевой обмотке, так называемое трехобмоточное исполнение (индекс Т). В ПТ по схеме соединения ВО «две обратные звезды» с уравнительным реактором в некоторых конструктивных исполнениях уравнительные реакторы встраивают в общий бак с масляным трансформатором или в общий кожух (шкаф) с сухим трансформатором, что учитывается в обозначении индексом У.

      2.11. Классификация реакторов
  В выпрямительных и инверторных установках применяются различные преобразовательные реакторы: уравнительные, сглаживающие, ограничивающие и токо-ограничиваюшие постоянного тока, токо-ограничивающие переменного тока, а также управляемые, в том числе дроссели насыщения.
 По виду охлаждения, типовой мощности, по роду установки, климатическому исполнению и категории размещения реакторы классифицируются также как и трансформаторы.

К списку статей

Заказать трансформаторы

Распределительные трансформаторы

К.Ю.Гуда
Современная концепция энергоснабжения опирается на сформулированные в конце XX века инженерные идеи, включающие в себя принципы производства переменного тока, его потребления электроприводом, преобразования с помощью трансформаторов, а также сети высокого и низкого напряжения с подключенными к ним электропо­требителями. Эти основные принципы позволили создать развитые системы энергоснабжения как в Европе, так и во всем мире.
Одно из центральных звеньев в этой системе по праву принадлежит трансформаторам, преобразующим элект­роэнергию по величине напряжения — сначала повышаю­щим напряжение в месте производства электроэнергии, а затем его понижающим в местах ее потребления.
В этой статьи рассматриваются только самые ма­ломощные из встречающихся в энергосисгемах трансфор­маторов — так называемые распределительные трансфор­маторы, обеспечивающие подачу электроэнергии промы­шленным и бытовым потребителям. Причем при рассмот­рении этих трансформаторов основной упор делается на показателе их энергоэффективности,как одного из основ­ных источников масштабного энергосбережения.
Общие сведения о потерях в распределительных трансформаторах. Потери в распределительных трансформаторах со­ставляют значительную часть общих потерь в системах пе­редачи и распределения энергии. Так, например, прове­денный в конце XX века анализ работы сетей передачи и распределения энергии тихоокеанского побережья США показал, что потери в распределительных транс­форматорах составляют более 30%, в то время, как в трансформаторах питающих подстанций теряется толь­ко 2%. Аналогичная картина имеет место и в отечествен­ных распределительных трансформаторах. Учитывая зна­чительное количество таких трансформаторов в энергоси­стеме и большой срок их службы, такие трансформаторы представляют собой значительный резерв энергосбере­жения. Поэтому с точки зрения энергосбережения повы­шение эффективности распределительных трансформато­ров всего на 0,1 % уже оправдано, поскольку такие транс­форматоры постоянно находятся под напряжением и при их круглосуточной и круглогодичной работе экономия от снижения потерь холостого хода (х.х.) в течение 20…30 лет получается довольно значительной. Величина же по­терь в обмотках — потерь короткого замыкания (к.з.) зави­сит от нагрузки трансформатора, из-за чего эти потери называют также нагрузочными. Хотя заводы-изготовители распределительных транс­форматоров устанавливают проектные сроки эксплуата­ции таких трансформаторов около 25 лет, многие из них безотказно работают гораздо дольше. Так, среднестатистически послевоенный европеискиий распределитель­ный трансформатор служил около 30…40 лет. Одной из причин такого долголетия является то, что компании, в условиях тенденции роста спроса, устанавливали из­быточное количество трансформаторов, из-за чего мно­гие из них длительное время работали в режимах малых нагрузок. В принципе, большинство из таких транс­форматоров имеет приемлемые технические характерис­тики, за исключением показателей энергоэффективности, которым, в отличие от мощных трансформаторов, вплоть до начала 70-х годов прошлого века не уделялось долж­ного внимания.
Европейская и международная практика определения энергоэффективности распределительных трансформаторов. В странах Евросоюза большинство требований к распределительным трансформаторам определяется нацио­нальными (BSI, NF, DIN, NEN, UNE OTEL), международны­ми (ISO, IEC), а также есропсйскими (EN, HD) стандарта­ми. Основная задача этих стандартов — обеспечение при­емлемых требований к характеристикам таких трансфор­маторов,их безопасности, бесперебойности работы в течение всего срока службы, охране окружающей сре­ды. В связи с необходимостью достижения масштабного энергосбережения во всех отраслях народного хозяйство в технологически развитых странах в течение нескольких последних десятилетий уделяется также большое внимание решению проблемы существенного повышения энер­гоэффективности таких трансформаторов, несмотря на то, что до настоящего времени отсутствует четкая формулировка этого понятия.Уровень энергоэффективности масляных распредели­тельных трансформаторов определяется стандартом HD428 «Трехфазные распределительные трансформаторы с рабочей частотой 50 Гц от 50 до 2500 кВА с масляным охлаждением и максимальным напряжением не выше 36 кВ».
Аналогичный стандарт, — стандарт HD538. определяет уровень энергоэффективности распределительных транс­форматоров с охлаждением сухого типа. нормы потерь короткого замыкания распределительных трансформаторовСогласно стандарту HD428 для распределительных трансформаторов с масляным охлаждением и максималь­ным напряжением до 24 кВ основными параметрами эффективности являются приведенные в табл. 1 нормы потерь короткого замыкания (к.з.) и хо­лостого хода.  Как видно из таблицы для масляных трансформаторов допускается три уровня потерь к.з. (А, В и С) и три уровня потерь х.х. (А’, В’ и С’), которые определяются по специальной методике с определенным допуском на погреш­ность. При несоответствии трансформатора во время ис­пытаний уровню потерь, приведенному в табл.1, произ­водитель либо отбраковывает его, либо согласовывает с покупателем величину денежной компенсации. И на­оборот, если фактические величины потерь крупных трансформаторов существенно превышают требования соответствующего уровня, производитель может получить от покупателя дополнительное вознаграждение.уровнинагрузки распределительного трансформатораТаким образом, стандарт HD428 позволяет выбрать три уровня нагрузки (к.з.) и три уровня х.х. — от наименее эффективной комбинации А-А’ до наиболее эффектив­ной С-С, причем из теоретически возможных девяти ком­бинаций этот стандарт допускает выбор только пяти ком­бинаций, по­казанных на рис.1, где комбинация А-А’ приня­та за основу сравнения (выделено красной жир­ной линией, приведенные значения (в процентах) вычис­лены от этой основы). О реально достижимом уровне сни­жения потерь в распределительных трансформаторах можно судить на основании такого характерного примера: для трансформатора номинальной мощностью 630 кВА разность суммарных потерь (потерь к.з. и х.х.) между крайними значениями (комбинациями уровней потерь А-А’ и С-С) составляет около 1,5 кВт.
Приведенные в табл.1 значения потерь к.з. и х.х., пять комбинаций допустимых сочетаний уровней потерь (рис.1), а также рассматриваемые далее зависимости потерь от нагрузки трансформаторов являются методо­логической базой, на основе которой определяется энергоэффективность масляных распределительных трансформаторов. Отметим, что фактические потери распределительных трансформаторов существенно изменяются с изменением нагрузки: в режиме х.х. имеют место только потери х.х., а при нагрузке к ним добавляются потери к.з., как это вид­но на примере показанной на рис.2 зависимости сум­марных (а) и относительных, равных 100% минус эффек­тивность (б), потерь от нагрузки для трансформатора но­минальной мощностью 400 кВ*А напряжением 24 кВ. На рис.2 обозначены такие сочетания комбинаций уров­ней потерь (уровней энергоэффективности): 1 — А-А’; 2 — А-С’; 3 — В-В’; 4 — С-В’; 5 — С-С’.
Приведенный на рис.2,б график зависимости относи­тельных потерь от нагрузки наглядно показывает, что ми­нимальные величины потерь приходятся на нагрузки, рав­ные примерно 50% номинальной мощности. диапазоны нагрузки распределительных трансформаторовПри этом ес­ли трансформаторы уровней А-А’ и В-В’ имеют различ­ные оптимальные с точки зрения снижения потерь диапа­зоны нагрузки, то трансформаторы С-С’ в любом случае имеют величину потерь на 20…30% меньшую, чем транс­форматоры уровней А-А’ и В—В’.
Зависимость относительных потерь полной нагрузки в трансформаторе от номинальной мощности показана на рис.3, где цифрами 1-5 обозначены такие же сочета­ния комбинаций уровней потерь (уровней энергоэффек­тивности), как и на рис.2. Эти зависимости (за небольшим исключением) показывают, что чем выше номинальная мощность трансформатора, тем меньше потери полной нагрузки.зависимость потерьтрансформатора от мощностиПоскольку об­щая эффективность трансформатора напрямую зависит от нагрузки, сделать заключение об энергоэффективно­сти того или иного распределительно­го трансформатора можно только тогда, когда будет выпол­нен подсчет общих потерь за определенный период времени (за год или весь период эксплуатации), что является довольно сложной задачей.
   Рассмотрим теперь вопрос о реально достижимых ве­личинах снижения потерь в масляных распределительных трансформаторах. К сожалению, до настоящего времени еще не разработан единый международно признанный критерий, по которому тот или инои распределительный трансформатор можно было бы однозначно считать энер­гоэффективным — даже несмотря на то, что масляные трансформаторы уровня С-С’ имеют самые низкие поте­ри. Поэтому ряд специалистов к энергоэффективным от­носят такие трансформаторы:
  1.   С масляным охлаждением уровня С—С’ по стандар­ту HD428.
  2.   Сухие трансформаторы напряжением до 24—36 кВ, имеющие величину потерь на 20% меньшую, чем по стан­дарту HD53B.
Основанием для таких ориентиров служит техничес­кая возможность изготовления уже в настоящее время трансформаторов с такими уровнями потерь практически всеми производителями.Третьим возможным способом оценки энергоэффек­тивности могут служить отдельные технические признаки трансформаторов, которые хотя непосредственно не свя­заны с эффективностью, но все же с ней ассоциируются. К числу таких признаков относят: применение специаль­ных видов обмоток, передовых марок трансформаторных сталей в мaгнитопроводе, изготовление магнитопрооода из аморфного железа (AMDT) и др.
Совершенно очевидно, что ресурсы снижения потерь в распределительных трансформаторах еще далеко не исчерпаны и могут быть снижены и в дальнейшем, в пер­вую очередь, путем применения на трансформаторных заводах методов снижения потерь к.з. и х.х., приведенных в табл.2.
 Таким образом, существуют достаточно большие по­тенциальные резервы снижения потерь в распределитель­ных трансформаторах и, следовательно, повышения уров­ня их энергоэффективности. Однако для реализации этих резервов требуется принятие ряда непростых решений, стимулирующих приобретение потребителями более до­рогих (хотя и быстро окупаемых) энергоэффективных трансформаторов, а производителей — выпуск таких трансформаторов, для организации которого потребу­ются большие дополнительные капиталовложения на мо­дернизацию производства. Среди возможных (хотя и трудно реализуемых) решений в Евросоюзе рассматри­ваются такие:

  1. Добровольное соглашение, либо Директива ЕС, ус­танавливающая разрешенные уровни применения рас­пределительных трансформаторов.
  2. Включение требований об обязательных минималь­ных критериях энергоэф’Ъективности распределительных трансформаторов при формировании национальных стандартов, что при отсутствии четких единых критериев понятия «энергоэффективный трансформатор» будет трудно осуществить.
  3. Применение скидок (субсидирования), налоговых льгот и т.п. при покупке энергоэффективных трансформа­торов, что сдерживается отсутствием четкого определения понятия «энергоэффективный трансформатор».
  4. Применение простой системы потребительской маркировки, иллюстрирующей степень эффективности трансформатора при различных нагрузках и др.

  потери в распределительных трансформаторахпотери в распределительных трансформаторахОтметим, что в странах Евросоюза уже давно на тен­дерах по закупке трансформаторов, в том числе и энерго­сберегающих распределительных, используется подход к подсчету цены с учетом потерь за весь срок службы трансформатора (25 лет), таким образом осуществляется переход от материалоемкого к наукоем­кому производству, позволяющему вы­пускать энергоэф­фективное электро­оборудование. Потенциал энер­госбережения при использовании в Ев­росоюзе энергоэф­фективных распределительных трансформаторов показан на рис.4 , где обозначены следующие комбинации уровней потерь:
  1 —C-AMDT;
  2  — A-AMDT;
  3  — С-С’.
Последние две комбинации относятся к трансформа­торам с магнитопроводом, изготовленным из аморфного железа.
   Минские энергосберегающие трансформаторы серии ТМГ-12
Проанализировав европейский и международный подход к определению энергоэффективности распреде­лительных трансформаторов, рассмотрим характерный пример создания энергосберегающих трансформаторов на Минском электротехническом заводе. Минским электротехническим заводом разработаны новые масляные распределительные трансформаторы се­рии ТМГ12, соответствующие европейскому стандарту CENELEC и имеющие самый низкий уровень потерь х.х. и к.з. по сравнению с серийно выпускаемыми в СНГ.  Ана­логи данной серии трансформаторов выпускаются только такими ведущими мировыми производителями, как SIEMENS, ABB, AREVA. Общий вид одного из энергосберегающих распреде­лительных трансформаторов серии ТМГ12 показан на рис.5.трансформатор тмг Технические характеристики трансформаторов се­рии ТМГ12 приведены в табл.3.   Обратим внимание на основные преимущества рас­пределительных трансформаторов серии ТМГ12 по сравнению с тансформаторами более ранних серий.
Потери х.х. и к.з. рас­пределительных трансфор­маторов серии ТМГ12 сни­жены на 30% по сравне­нию с трансформаторами других серий за счет того, что:

  1.    Магнитопроводы трансформаторов изготов­ляются из специальных сортов высококачествен­ных кремнистых сталей, имеющих наибольшее сопротивление и пониженные поте­ри на гистерезис.
  2.  Для изготовления трансформаторов используется большее количество материала, который оптимально рас­пределен между массой магнитопровода и обмотки.
  3.  Магнитопровод изготовляется по наиболее передо­вой технологии Stap—lap и состоит из пластин с косыми стыками, без отверстий в активной стали.
  4.  Толщина пластин не превышает 0,3 мм, а сами пла­стины покрывают лаком для изоляции одна от другой.
  5.  Сборка трансформатора осуществляется высоко­квалифицированным персоналом на оборудовании веду­щих мировых производителей, что исключает любые воз­можные механические повреждения стали и обеспечивает минимизацию потерь.

Годовая экономия на потерях в трансформаторах се­рии ТМГ12 мощностью 630 кВ*А составляет 6,7 тыс. кВт-ч, а в трансформаторах ТМГ12 мощностью 1000 кВ-А — 5,4 тыс. кВгч.

Разница в цене между трансформатором серии ТМГ12 по сравнению с трансформаторами более ранних серий составляет около 10%. Срок окупаемости дополнитель­ных вложений с учетом этой разницы для трансформато­ра серии ТМГ12 мощностью 630 кВ-А составляет менее 1 года, а для трансформаторов этой же серии мощностью 1000 кВ-А — менее 2 лет.

Замена 100 шт. обычных трансформаторов мощнос­тью 630 и 1000 кВ-А трансформаторами серии ТМГ12 позволяет сэкономить средства на установку трех допол­нительных подстанций мощностью 630 кВ-А.

Кроме того, трансформаторы серии ТМГ12 имеют улучшенные шумовые характеристики, что также является их важным преимуществом, дополняющим высокие пока­затели энергоэффективности.

К списку статей

Применение трансформаторов тока

Применение трансформаторов тока

 

В современных условиях, в связи с обновлением оборудования, устаревшего не только морально, но и физически, совершенствованием релейной защиты и внедрением АИИСКУЭ, идет активная замена старых трансформаторов тока на новые, отвечающие современным требованиям. И если на напряжение 10 кВ стоимость трансформатора тока не является определяющей при проведении реконструкции, то с увеличением класса напряжения картина меняется. Связано это с тем, что с ростом класса напряжения растет сложность конструкции трансформатора тока и увеличивается расход материалов. Соответственно, резко возрастает и стоимость оборудования. Но возможность решить эту проблему, безусловно, существует — за счет применения встроенных трансформаторов тока (ТВ).

Алексей Аничкин, инженер-конструктор ОАО «СЗТТ»;
Александр Смирнов, ведущий специалист по маркетингу

Обновление оборудования подстанций касается не только трансформаторов тока. Зачастую оно включает в себя замену высоковольтных вводов выключателей и силовых трансформаторов как наиболее важных элементов подстанции. Следовательно, при этом возможна полная или частичная замена ТВ.

Новые высоковольтные вводы имеют диаметр значительно меньший, чем у их более старых аналогов. Это, в свою очередь, дает возможность уменьшить внутренний диаметр трансформаторов тока и, следовательно, улучшить его метрологические характеристики. Кроме того, применение аморфных сплавов позволяет изготавливать ТВ высоких классов точности 0,2S и 0,5S, начиная с первичных токов 100-300 А. Меньшие размеры вводов позволяют также значительно сократить габариты ТВ, применяемых для релейной защиты.

Поскольку ТВ относятся к электрооборудованию класса напряжения 0,66 кВ, то в их стоимости отсутствуют затраты на высоковольтную изоляцию — она обеспечивается вводом. По этой же причине конструкция ТВ, относительно простая среди трансформаторов тока, не изменяется с ростом класса напряжения электрооборудования.

Основным фактором, влияющим на стоимость ТВ, являются затраты на магнитопровод. Для производства магнитопроводов используются два основных материала: электротехническая сталь — для защитных трансформаторов; аморфные сплавы — для измерительных. Стоимость остальных материалов на цене ТВ сказывается незначительно. Поэтому, как правило, затраты на приобретение ТВ получаются значительно ниже, чем стоимость отдельно стоящего трансформатора тока.

Однако в случае, когда нет необходимости замены высоковольтных вводов, широкому использованию ТВ высоких классов точности препятствует ряд факторов:

1. Замена существующих ТВ на новые, более высоких классов точности, связана с трудоемкой и продолжительной работой по демонтажу ввода.
2. Возможный срок выполнения этой работы ограничивается климатическими условиями, т. е. установка в зимний период затруднена или невозможна.
3. Замена ТВ требует перенастройки релейной защиты, что нежелательно или технически невозможно.
4. После работ по замене ТВ необходима регулировка выключателя.

Решением этих проблем является применение трансформаторов тока, предназначенных для установки снаружи на ввод выключателя. Это позволяет проводить установку ТВ в любое время года. В этом случае решается и вопрос с релейной защитой, так как нет необходимости замены ранее установленных ТВ.

Первый в СНГ встроенный трансформатор тока наружной установки с литой изоляцией был разработан и изготовлен на ОАО «СЗТТ» в 2006 году. В настоящее время трансформаторы ТВ-110-IX (для вводов 110 кВ) серийно выпускаются на токи 100-1000 А и классы точности 0,2S; 0,5S; 0,5, 10Р.

Трансформатор ТВ-110-IX представляет собой размещенный в литом корпусе, выполненном из компаунда, тороидальный магнитопровод, на который равномерно намотана вторичная обмотка, и экран, выполненный из электропроводящего материала. Для получения различных коэффициентов трансформации вторичная обмотка имеет несколько ответвлений.

В настоящее время на ОАО «СЗТТ» налажен серийный выпуск ТВ наружной установки для вводов 35, 110 и 220 кВ, соответственно ТВ-35-IX, ТВ-110-IX-3 и ТВ-220-IX. Конструкция их аналогична ТВ-110-IX. Кроме того, трансформатор ТВ-110-IX-3 имеет три вторичные обмотки (измерительные и защитные), которые комплектуются в зависимости от заказа.

Важным условием для ТВ наружной установки является то, что верхняя часть трансформатора должна быть ниже последнего ребра высоковольтного ввода, чтобы не шунтировать его. Поэтому подставки трансформаторов сделаны сменными, чтобы можно было изменять их высоту в зависимости от заказа.

Выводы:

1. При замене высоковольтных вводов появляется возможность замены ТВ, что позволяет значительно снизить расходы при создании АИИСКУЭ.
2. Широкому применению ТВ (когда нет замены высоковольтных вводов) высоких классов точности мешает ряд причин, связанных с их конструктивными особенностями.
3. Конструкция трансформаторов тока ТВ-35-IX, ТВ-110-IX и ТВ-220-IX наружной установки позволяет обойти проблемы, препятствующие широкому распространению ТВ.
4. Трансформаторы тока серии ТВ для наружной установки являются наиболее экономичным вариантом модернизации подстанций, где требуется внедрение АИИС КУЭ и совершенствование релейной защиты.

В современных условиях, в связи с обновлением оборудования, устаревшего не только морально, но и физически, совершенствованием релейной защиты и внедрением АИИСКУЭ, идет активная замена старых трансформаторов тока на новые, отвечающие современным требованиям. И если на напряжение 10 кВ стоимость трансформатора тока не является определяющей при проведении реконструкции, то с увеличением класса напряжения картина меняется. Связано это с тем, что с ростом класса напряжения растет сложность конструкции трансформатора тока и увеличивается расход материалов. Соответственно, резко возрастает и стоимость оборудования. Но возможность решить эту проблему, безусловно, существует — за счет применения встроенных трансформаторов тока (ТВ).

Обновление оборудования подстанций касается не только трансформаторов тока. Зачастую оно включает в себя замену высоковольтных вводов выключателей и силовых трансформаторов как наиболее важных элементов подстанции. Следовательно, при этом возможна полная или частичная замена ТВ.

Новые высоковольтные вводы имеют диаметр значительно меньший, чем у их более старых аналогов. Это, в свою очередь, дает возможность уменьшить внутренний диаметр трансформаторов тока и, следовательно, улучшить его метрологические характеристики. Кроме того, применение аморфных сплавов позволяет изготавливать ТВ высоких классов точности 0,2S и 0,5S, начиная с первичных токов 100-300 А. Меньшие размеры вводов позволяют также значительно сократить габариты ТВ, применяемых для релейной защиты.

Поскольку ТВ относятся к электрооборудованию класса напряжения 0,66 кВ, то в их стоимости отсутствуют затраты на высоковольтную изоляцию — она обеспечивается вводом. По этой же причине конструкция ТВ, относительно простая среди трансформаторов тока, не изменяется с ростом класса напряжения электрооборудования.

Основным фактором, влияющим на стоимость ТВ, являются затраты на магнитопровод. Для производства магнитопроводов используются два основных материала: электротехническая сталь — для защитных трансформаторов; аморфные сплавы — для измерительных. Стоимость остальных материалов на цене ТВ сказывается незначительно. Поэтому, как правило, затраты на приобретение ТВ получаются значительно ниже, чем стоимость отдельно стоящего трансформатора тока.

Однако в случае, когда нет необходимости замены высоковольтных вводов, широкому использованию ТВ высоких классов точности препятствует ряд факторов:

1. Замена существующих ТВ на новые, более высоких классов точности, связана с трудоемкой и продолжительной работой по демонтажу ввода.
2. Возможный срок выполнения этой работы ограничивается климатическими условиями, т. е. установка в зимний период затруднена или невозможна.
3. Замена ТВ требует перенастройки релейной защиты, что нежелательно или технически невозможно.
4. После работ по замене ТВ необходима регулировка выключателя.

Решением этих проблем является применение трансформаторов тока, предназначенных для установки снаружи на ввод выключателя. Это позволяет проводить установку ТВ в любое время года. В этом случае решается и вопрос с релейной защитой, так как нет необходимости замены ранее установленных ТВ.

Первый в СНГ встроенный трансформатор тока наружной установки с литой изоляцией был разработан и изготовлен на ОАО «СЗТТ» в 2006 году. В настоящее время трансформаторы ТВ-110-IX (для вводов 110 кВ) серийно выпускаются на токи 100-1000 А и классы точности 0,2S; 0,5S; 0,5, 10Р.

Трансформатор ТВ-110-IX представляет собой размещенный в литом корпусе, выполненном из компаунда, тороидальный магнитопровод, на который равномерно намотана вторичная обмотка, и экран, выполненный из электропроводящего материала. Для получения различных коэффициентов трансформации вторичная обмотка имеет несколько ответвлений.

В настоящее время на ОАО «СЗТТ» налажен серийный выпуск ТВ наружной установки для вводов 35, 110 и 220 кВ, соответственно ТВ-35-IX, ТВ-110-IX-3 и ТВ-220-IX. Конструкция их аналогична ТВ-110-IX. Кроме того, трансформатор ТВ-110-IX-3 имеет три вторичные обмотки (измерительные и защитные), которые комплектуются в зависимости от заказа.

Важным условием для ТВ наружной установки является то, что верхняя часть трансформатора должна быть ниже последнего ребра высоковольтного ввода, чтобы не шунтировать его. Поэтому подставки трансформаторов сделаны сменными, чтобы можно было изменять их высоту в зависимости от заказа.

Выводы:

1. При замене высоковольтных вводов появляется возможность замены ТВ, что позволяет значительно снизить расходы при создании АИИСКУЭ.
2. Широкому применению ТВ (когда нет замены высоковольтных вводов) высоких классов точности мешает ряд причин, связанных с их конструктивными особенностями.
3. Конструкция трансформаторов тока ТВ-35-IX, ТВ-110-IX и ТВ-220-IX наружной установки позволяет обойти проблемы, препятствующие широкому распространению ТВ.
4. Трансформаторы тока серии ТВ для наружной установки являются наиболее экономичным вариантом модернизации подстанций, где требуется внедрение АИИС КУЭ и совершенствование релейной защиты.

К списку статей

    Форма заказа

    Оставьте свои данные и мы свяжемся с Вами в ближайшее время

      Заказать звонок

      Оставьте свои данные и мы свяжемся с Вами в ближайшее время