Основные источники электроснабжения объектов ВКС

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Аннотация Введение…………………………………………………………………..	6 8
1. Производство и преобразование электрической энергии….……….	11
1.1. Основные источники электроснабжения объектов ВКС……...	11
1.2. Состав оборудования электростанций………………………….	14
1.3. Состав оборудования трансформаторных подстанций………..	15
1.4. Синхронные генераторы………………………………………...	22
Контрольные вопросы по главе 1……..…………………………….	25
2. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы………………….	27
2.1. Классификация силовых трансформаторов и их технические параметры……………………………………………………………..	27
2.2. Режимы работы трансформаторов……………………………...	33
2.3. Схемы и группы соединений обмоток силовых трансформаторов…………………………………………………...........................	40
2.4. Параллельная работа трансформаторов…………......................	45
2.5. Элементы конструкции силовых трансформаторов. ………….	49
2.6. Системы охлаждения силовых трансформаторов …………....	52
2.7. Нагрузочная способность трансформатора ……………………	56
2.8. Автотрансформаторы и особенности их работы………………	62
2.9. Регулирование напряжения трансформаторов………………...	68
2.10. Потери мощности и энергии в силовых трансформаторах….	71
2.11. Выбор количества и мощности трансформаторов…………...	73
2.12. Повреждения и аномальные режимы работы силовых трансформаторов…………………......................................................	76
Контрольные вопросы по главе 2…………………...........................	78
3. Распределительные устройства………………………………………	80
3.1. Назначение и классификация распределительных устройств..	80
3.2. Распределительные устройства напряжением выше 1000 В….	82
3.3. Распределительные устройства напряжением до 1000 В……..	90
3.4. Электроустановки зданий и сооружений………………..……..	93
3.5. Шины распределительных устройств…………………………..	95
3.6. Выбор гибких и жестких шин…………………………………..	97
Контрольные вопросы по главе 3..………………………………….	102
4. Главные схемы электрических соединений………………………….	103
4.1. Требования к главным схемам электрических соединений…..	103
4.2. Структурные схемы электростанций и подстанций…………...	105
4.3. Одиночные системы сборных шин…….……………………….	107
4.4. Двойная система сборных шин…………………………………	110
4.5. Схемы с обходными системами сборных шин……...................	113
4.6. Мостиковые системы сборных шин……………………………	117
4.7. Кольцевые системы сборных шин…………………...................	119
Контрольные вопросы по главе 4……………………..…………….	121
5. Трансформаторные подстанции……………………………………...	122
5.1. Тупиковые и ответвительные ТП	122
5.2. Проходные подстанции………………………………………….	125
5.3. Узловые подстанции ………..…………………………………..	127
5.4. Главные схемы ТЭЦ……………………………………………..	121
Контрольные вопросы по главе 5..………………………………….	132
6. Собственные нужды электростанций и трансформаторных подстанций……………………………………………………………...........	134
6.1. Системы собственных нужд электростанций и трансформаторных подстанций………………….................................................	134
6.2. Схемы систем собственных нужд………………………………	135
6.3. Выбор мощности трансформаторов собственных нужд………	138
6.4. Источники переменного оперативного тока …………………..	139
6.5. Источники выпрямленного оперативного тока………………..	142
6.6. Источники постоянного оперативного тока…………………...	145
Контрольные вопросы по главе 6..……………………………….…	150
7. Вспомогательные устройства электростанций и трансформаторных подстанций………………………………………………………….	151
7.1. Назначение систем управления, сигнализации, блокировок и измерений……………………………………………………………..	151
7.2. Системы управления …………………………….……………...	152
7.3. Системы сигнализации…………………………………………..	163
7.4. Системы блокировок……………………………….....................	172
7.5. Системы измерений……………………………………………...	175
Контрольные вопросы по главе 7..………………………………….	179
8. Измерения в электроустановках и фазировка электрооборудования……………………………………………………	181
8.1. Контроль изоляции в цепях постоянного и переменного тока.	181
8.2. Измерение сопротивления электрической цепи……………….	183
8.3. Фазировка электрооборудования. Основные понятия и определения…………………………………………………………...	185
8.4. Методы фазировки………………………………………………	188
8.5. Фазировка воздушных и кабельных линий электропередачи..	189
8.6. Фазировка силовых трансформаторов…………………………	194
Контрольные вопросы по главе 8..………………………………….	195
9. Оперативные переключения в электроустановках……..…………...	197
9.1. Оперативное состояние электрооборудования………….…….	197
9.2. Организация оперативных переключений на электростанциях и трансформаторных подстанциях………………	198
9.3. Выполнение оперативных переключений……………….…….	200
Контрольные вопросы по главе 9…………………………………... 10. Перспективы развития электрооборудования электростанций и трансформаторных подстанций 10.1. Развитие СЭС в СССР и Российской Федерации 10.2. Стратегия развития Российской  энергетики до 2020 г. 10.3. Нетрадиционные источники электроэнергии	194   205 205 212 214
Список литературы………………………………………………………	222

Список сокращений……………………………………………………… 224

 

АННОТАЦИЯ

 

Данное учебное пособие подготовлено на кафедре электроснабжения (объектов наземной космической инфраструктуры) ВКА имени А.Ф.Можайского. В пособии обобщен многолетний опыт преподавания на кафедре учебных дисциплин «Электрическая часть электростанций и трансформаторных подстанций» и «Электропитающие системы и электрические сети НКС».

Учебное пособие состоит из введения, 10 разделов, списка литературы и списка сокращений. В конце каждого раздела приведены контрольные вопросы для самопроверки качества усвоения обучающимися учебного материала.

Во введении приведены этапы развития военной энергетики и наиболее часто использующиеся в электроэнергетике термины и определения.

В главе 1 рассмотрена структурная схема системы электроснабжения, состав электрооборудования электростанций и трансформаторных подстанций, а также синхронных генераторов, используемых для выработки электроэнергии на электростанциях.

Глава 2 посвящена вторичным источникам электроэнергии – силовым трансформаторам и автотрансформаторам, режимам их работы и их нагрузочной способности, регулированию напряжения и конструктивным особенностям, а также методике выбора трансформаторов.

В главе 3 рассмотрены особенности оборудования распределительных устройств напряжением как до, так и выше 1000 В, приведена методика выбора шин распределительных устройств.

Глава 4 посвящена главным схемам электрических соединений трансформаторных подстанций, подробно рассмотрены различные системы сборных шин.

В главе 5 рассмотрены основные типы трансформаторных подстанций, их электрооборудование и режимы работы, а также схемы ТЭЦ.

Глава 6 посвящена системам собственных нужд трансформаторных подстанций и их основным схемам. Приведена методика выбора трансформаторов собственных нужд. Рассмотрены различные источники оперативного тока.

В главе 7 рассмотрены вспомогательные устройства электростанций и трансформаторных подстанций: системы управления, сигнализации, блокировок и измерений.

Глава 8 посвящена измерениям сопротивления изоляции и токоведущих частей электрооборудования и его фазировке.

В главе 9 рассмотрены вопросы организации и производства оперативных переключений в электроустановках.

В главе 10 рассмотрены вопросы перспектив развития электроэнергетики в Российской Федерации, в том числе и использования нетрадиционных восполняемых источников электроэнергии.

Учебное пособие написано коллективом авторов: д.т.н. профессором В.В.Карагодиным (глава 1), к.т.н. доцентом Н.Е.Пешехоновым (введение, глава 9), к.т.н. доцентом Б.А.Ревяковым (главы 2-8) и к.т.н Д.В.Рыбаковым (глава 10).

Авторы выражают глубокую признательность рецензенту и редактору, высказавшим ряд ценных замечаний по содержанию и структуре учебного пособия.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Исторически развитие военной энергетики, в том числе и оборудования электрических станций и трансформаторных подстанций, условно можно разделить на три этапа.

Первый этап – от открытия электричества в ХVII веке и до конца XIX века. В это время велись работы по исследованию электромагнитных процессов и применению их в военном деле. В войсках электротехнические системы еще практически не применялись.

Второй этан – с начала и до середины XX века. Началось широкое применение электрической энергии в самом технически передовом виде войск того времени – Военно-Морском Флоте (приводы артиллерийских орудий, минное и торпедное вооружение, электродвигательные установки подводных лодок, аккумуляторные установки, прожекторные установки и электризуемые заграждения, связь). В это время появляются автономные источники электроэнергии и передвижные электроустановки.

Третий этап – с середины ХХ века и до нашего времени. Этот этап непосредственно связан с научно-техническим прогрессом вообще и с прогрессом в военном деле, в частности. Появление новых энерговооруженных видов вооружённых сил и родов войск (РВСН, ПВО, ПРО, ПКО, ВВС, ВКС, войск связи, технической разведки и т.п.) привело к бурному развитию систем электроснабжения в войсках. Практически ни один из объектов этих войск не может быть боеспособным и боеготовым без электроэнергии.

Электроэнергия к военным объектам поступает, как правило, из Государственной энергосистемы Российской Федерации, преобразуется до необходимых параметров на трансформаторных подстанциях и подается к потребителям. В некоторых случаях (при нехватке электроэнергии или ее исчезновении, а также для повышения надежности электроснабжения потребителей при производстве специальных работ) электроэнергия на этих объектах может вырабатываться автономно на резервных электростанциях и передаваться потребителям. Поэтому задачей современной военной энергетики вообще, а специальных объектов ВКС в частности является создание и обеспечение нормального функционирования СЭС, отвечающих всем требованиям потребителей электроэнергии, способных постоянно поддерживать их боеспособность и боеготовность как в мирное время, так и в условиях ведения войны с современными средствами поражения.

При изучении дисциплины следует использовать принятые в электроэнергетике и приведнные ниже термины и определения.

Электроснабжение – обеспечение потребителей электроэнергией ( ГОСТ 19431-84). Электроснабжение – это процесс.

Электроустановка (ЭУ) – комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенный для производства, преобразования, передачи, распределения или потребления электроэнергии (ГОСТ 19431-84).

Источник электроэнергии (ИЭ) – это электротехническое устройство, преобразующее другие виды энергии в электрическую энергию.

Приемник электрической энергии или электроприемник (ЭП) – это устройство, в котором происходит преобразование электрической энергии в другой вид энергии для ее использования (ГОСТ 19431-84).

Потребитель электроэнергии – это электроприемник или группа ЭП, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории, которые присоединены к электрической сети и используют электроэнергию (ГОСТ 19431-84).

Электрическая подстанция – это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии (ГОСТ 19431-84).

Преобразовательная подстанция (ПП) – это электрическая подстанция, предназначенная для преобразования рода тока или его частоты (ГОСТ 24291-90).

Трансформаторная подстанция (ТП) – электрическая подстанция, предназначенная для преобразования электроэнергии переменного тока одного напряжения в электроэнергию другого напряжения с помощью трансформаторов (ГОСТ 24291-90).

Электрическая станция или электростанция (ЭС) – энергоустановка, предназначенная для производства электрической энергии, содержащая строительную часть, оборудование для преобразования энергии и необходимое вспомогательное оборудование. (ГОСТ 24291-90).

Распределительное устройство (РУ) – это электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии на одном напряжении, и содержащая коммутационные аппараты и соединяющие их сборные шины (секции шин), устройства управления и защиты (ГОСТ 24291-90).

Принципиальная электрическая схема электростанции (подстанции) – это схема, отображающая состав электрооборудования ЭС или ТП, его связи и дающая представление о принципе работы электростанции (подстанции) (ГОСТ 24291-90).

Электрическая сеть – это совокупность преобразовательных подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии (ГОСТ 24291-90).

Система электроснабжения (СЭС) – это совокупность взаимосвязанных электроустановок осуществляющих электроснабжение объекта и предназначенная для производства, преобразования и распределения электрической энергии (ГОСТ 19431-84).

Энергетическая система или энергосистема (ЭС) – это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединённых между собой и связанных общностью режима в процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом (ГОСТ 21027-75).

Электроэнергетическая система (ЭЭС) – это находящееся в данный момент в работе электрооборудование энергосистемы и приемников электрической энергии, объединенное общим режимом и рассматриваемое как единое целое в отношении протекающих в нем физических процессов (ГОСТ 21027-75).

 

 

ПРОИЗВОДСТВО И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

 

Процесс производства, распределения и потребления тепловой и электрической энергии может быть проиллюстрирован схемой, представленной на рис. 1.1.

 

 

Рис. 1.1. Структурная схема энергосистемы

 

Первичный источник энергии, или энергоресурс (уголь, газ, нефть, урановый концентрат, гидроэнергия, энергия солнца, ветра и т.д.), поступает в тот или иной преобразователь энергии, на выходе которого получается или электроэнергия, или одновременно электрическая и тепловая энергия.

Синхронные генераторы

 

Для выработки электроэнергии на электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Различают следующие виды генераторов: турбогенераторы, у которых в качестве первичного двигателя используется паровая или газовая турбина, гидрогенераторы (первичный двигатель – гидротурбина), дизель-генераторы, капсульные генераторы и т.д.

Для синхронных электрических машин в установившемся режиме имеется строгое соответствие между частотой вращения ротора n (об./мин) и частотой переменного тока в сети f (Гц):

где р – число пар полюсов обмотки статора генератора.

Паровые и газовые турбины выпускают на большие частоты вращения (3000 и 1500 об./мин), так как при этом турбогенераторы имеют наилучшие технико-экономические показатели.

На ТЭС, сжигающих обычное топливо, частота вращения агрегатов, как правило, составляет 3000 об./мин, поэтому синхронные турбогенераторы имеют два полюса. На АЭС применяют агрегаты с частотой вращения 1500 и 3000 об./мин. Соответственно они имеют две или одну пару полюсов.

Быстроходность турбогенератора определяет особенности его конструкции. Эти генераторы выполняются с горизонтальным валом, на котором размещается ротор. Ротор турбогенератора, работающий при больших механических и тепловых нагрузках, изготавливается из цельной поковки специальной стали (хромоникелевой или хромоникельмолибденовой), обладающей высокими магнитными и механическими свойствами.

Роторы турбогенераторов выполняется неявнополюсными (рис. 1.8, а).

 

Так как частота вращения ротора турбогенератора велика, его диаметр ограничивается соображениями механической прочности (при 3000 об./мин диаметр ротора не превышает 1,1–1,2 м). Длина бочки ротора из условий допустимого статического прогиба вала и получения приемлемых вибрационных характеристик также имеет предельное значение, равное 6–6,5 м.

В активной части ротора, по которой проходит основной магнитный поток, фрезеруются пазы, заполняемые катушками обмотки возбуждения. В пазовой части обмотки закрепляются немагнитными, легкими, но прочными клиньями из алюминиевого сплава. Лобовая часть обмотки, не лежащая в пазах, с помощью бандажа предохраняется от смещения под действием центробежных сил. Бандажи являются наиболее напряженными в механическом отношении частями ротора и обычно выполняются из немагнитной высокопрочной стали. По обеим сторонам ротора на его валу устанавливаются вентиляторы (чаще всего пропеллерного типа).

Статор генератора состоит из корпуса и сердечника. Корпус изготавливается сварным, с торцов он закрывается щитами. Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы набирают пакетами, между которыми оставляют вентиляционные каналы. В пазы, имеющиеся во внутренней расточке сердечника, укладывается трехфазная обмотка, обычно двухслойная.

Гидравлические турбины имеют обычно относительно малую частоту вращения (60–600 об./мин). Частота вращения турбины тем меньше, чем меньше напор воды и чем больше ее мощность. Поэтому гидрогенераторы, являясь тихоходными машинами, имеют большие размеры и массу, а также большое число полюсов. Например, при сетевой частоте 50 Гц и частоте вращения вала 60 об./мин, необходимо иметь 50 полюсов. Гидрогенераторы выполняют с явнополюсными роторами (рис. 1.8, б), преимущественно с вертикальным расположением вала.

На полюсах ротора помимо обмотки возбуждения размещается еще так называемая демпферная обмотка. Эта обмотка предназначена для успокоения колебаний ротора агрегата, которые возникают при всяком возмущении, связанном с резким изменением нагрузки генератора.

В гидрогенераторе роль успокоительной обмотки выполняют массивная бочка ротора и металлические клинья, закрывающие обмотку возбуждения в пазах.

В последние годы начинают находить применение так называемые капсульные генераторы (рис. 1.9), имеющие горизонтальный вал. Такие генераторы заключаются в водонепроницаемую оболочку (капсулу), которая с внешней стороны обтекается потоком воды, проходящим через турбину. Капсульные генераторы изготавливают на мощность до нескольких десятков МВА. Это сравнительно тихоходные генераторы (частота оборотов обычно от 60 до 150 об./мин) с явнополюсными роторами.

Среди других типов синхронных генераторов, применяемых на электростанциях объектов наземных комплексов, широко применяются дизель-генераторы, созданные на базе дизельного двигателя внутреннего сгорания. Это явнополюсные машины с горизонтальным валом. Дизель является поршневой машиной и имеет неравномерный крутящий момент, поэтому дизель-генератор снабжается маховиком или его ротор выполняется с повышенным маховым моментом.

Завод-изготовитель производит синхронные генераторы для определенного длительно допустимого режима работы, который называется номинальным. Этот режим характеризуется параметрами, которые указываются в табличке-«шильдике», прикрепленной на корпусе аппарата, а также в паспорте машины. Рассмотрим эти параметры.

Номинальное напряжение генератора U _НГ – это линейное (междуфазное) напряжение обмотки статора в номинальном режиме.

Номинальный ток генератора I _НГ – это значение тока, при котором допускается длительная нормальная работа генератора при нормальных параметрах охлаждения (температура, давление и расход охлаждающего газа и жидкости) и номинальных значениях мощности и напряжения, указанных в паспорте генератора.

Номинальная мощность генератора – это максимальная полная мощность в кВА, которую генератор может вырабатывать сколь угодно долго, .

Номинальная активная мощность генератора Р _НГ – это наибольшая активная мощность, для длительной работы с которой он предназначен.

Р _НГ = S _НГ cos j_Н.

Промышленность выпускает двухполюсные турбогенераторы мощностью 2,5; 4; 6; 12; 30; 50; 60; 100; 150; 200; 300; 500; 800 и 1200 МВт.

Номинальный ток ротора I _НР – это наибольший ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности, при отклонении напряжения статора в пределах ± 5% номинального значения и при номинальном коэффициенте мощности.

Номинальный коэффициент мощности cos j _Н принимается равным 0,8 для генераторов мощностью до 588 МВА и гидрогенераторов до 360 МВА и 0,9 – для более мощных машин. Для капсульных гидрогенераторов обычно cos j»1.

Каждый генератор характеризуется также коэффициентом полезного действия (η), определяемым при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. У современных генераторов КПД колеблется в пределах 96–99%, если коэффициент мощности находится в диапазоне 0,8 – 0,9.

Сравнительная характеристика синхронных генераторов электростанций приведена в табл. 1.2.

 

Таблица 1.2. Сравнительная характеристика генераторов

Параметры	Ед. изм.	Усл. обозн.	Типы генераторов
			турбо-генераторы	гидро-генераторы
Частота вращения	об./мин	n	1500, 3000	60–600
Количество пар полюсов	шт.	p	2 или 1	5–50
Масса ротора	т	m p	3,5–100	30–935
Общая масса генератора	т	m 0	16–600	75–1790
Диаметр ротора	м	D p	1,1–1,2	5–16
Номинальное напряжение	кВ	U н	6,3–24	3,15–15,75
Номинальный ток	кА	I н	0,35–32	0,6–26
Номинальная активная мощность	МВт	Р н	2,5–1200	8–640

Контрольные вопросы по главе 1

1.     Что называется электроснабжением?

2.     Что называется электроустановкой?

3.     Что называется источником электроэнергии?

4.     Что называется приемником и потребителем электрической энергии?

5.     Что называется электрической подстанцией?

6.     Что называется преобразовательной подстанцией?

7.     Что называется трансформаторной подстанцией?

8.     Каково назначение системных, головных и потребительских ТП?

9.     Что называется электростанцией?

10.  Что называется распределительным устройством?

11.  Что называется электрической сетью?

12.  Что называется системой электроснабжения?

13.  Что называется электроэнергетической системой?

14.  Что называется энергетической системой?

15.  Какие номинальные напряжения применяются в электрических сетях ВКС?

16. Как трансформаторные подстанции подразделяются по назначению?

17. Какие трансформаторные подстанции называются станционными?

18. Какие трансформаторные подстанции называются системными?

19. Какие трансформаторные подстанции называются сетевыми?

20. Какие трансформаторные подстанции называются потребительскими?

21. Как трансформаторные подстанции подразделяются по конструкции?

22. Как трансформаторные подстанции подразделяются по режиму работы?

23. Как трансформаторные подстанции подразделяются по способу управления?

24. Как трансформаторные подстанции подразделяются по способу присоединения к сети?

25. Как трансформаторные подстанции подразделяются по способу сооружения?

26. Как трансформаторные подстанции подразделяются по расположению на местности?

27. Из каких основных частей состоит трансформаторная подстанция?

28. Какие общие требования предъявляются к трансформаторным подстанциям?

29. Что такое синхронный генератор?

30. Чем явнополюсный ротор отличается от неявнополюсного?

31. Что такое капсульный генератор?

32. На какие мощнсти изготавливаются капсульные генераторы?

33. Что называется номинальным напряжением генератора?

34. Что называется номинальным током генератора?

35. Что называется номинальной мощностью генератора?

36. Что называется номинальной активной мощностью генератора?

37. Что называется номинальным током ротора генератора?

38. Какие значения коэффициента мощности являются номинальными для генераторов электростанций?

39. Какие значения коэффициента мощности являются номинальными для капсульных гидрогенераторов?

40. Чему равен КПД современных генераторов?

И их технические параметры

Силовые трансформаторы классифицируются по ряду основных признаков. Рассмотрим некоторые из них.

По виду изолирующей и охлаждающей среды различают масляные и сухие трансформаторы, а также трансформаторы, заполненные негорючим жидким диэлектриком – совтолом, сотолом и др.

Масляные силовые трансформаторы являются самыми распространенными и применяются во всем диапазоне номинальных напряжений от 0,4 до 750 кВ. Их мощность может достигать сотен мегавольтампер. Мощность масляных трансформаторов напряжением 6 (10) кВ, широко используемых в потребительских подстанциях, находится в диапазоне от единиц до тысяч кВА. Они надежны, просты в эксплуатации, способны хорошо переносить временные перегрузки, соэдают мало шума, пригодны для размещения на открытом воздухе. Однако масляные трансформаторы содержат большое количество масла, являющегося одновременно изолятором и охлаждающей средой, и поэтому пожароопасны. Кроме того масло, находящееся в трансформаторе например типа ТМ (рис. 2.2) постоянно находится в контакте с воздухом, окисляется и может увлажняться. Для устранения этого недостатка в настоящее время выпускаются герметичные масляные трансформаторы типа ТМГ (рис. 2.3).

Сухие трансформаторы изготавливаются на номинальное напряжение до 15 кВ и мощностью до 1600 кВА. Они используются для работы в закрытых помещениях, являются пожаробезопасными и устанавливаются в сооружениях стартовых комплексов и для электроустановок собственных нужд электростанций и ТП. При работе сухие трансформаторы создают повышенный шум по сравнению с масляными. Их можно устанавливать в сухих, непыльных помещениях с относительной влажностью не более 85%. Они боятся грозовых перенапряжений.

Трансформаторы, заполненные негорючим диэлектриком, применяются там, где установка сухих трансформаторов невозможна по условиям среды, а масляных трансформаторов ‒ по условиям пожарной безопасности. Однако совтол является очень токсичным веществом, поэтому производство таких трансформаторов у нас в стране прекращено.

Трансформаторы применяются для преобразования напряжений однофазного и трехфазного переменного тока. Поэтому по числу фаз они подразделяются на однофазные и трехфазные.

По количеству обмоток различного напряжения на каждую фазу трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные (рис. 2.5, а и 2.5, б).

Следует заметить, что обмотки одного и того же напряжения, обычно низшего, могут состоять из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземляющих частей. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленными обмотками (рис. 2.5, в).

 

 

Если энергию подводят к обмотке низшего напряжения НН или среднего напряжения СН, а отбирают с обмотки высшего напряжения ВН, то такой трансформатор называют повышающим. Трансформатор, предназначенный для передачи энергии со стороны ВН на сторону НН или СН, называют понижающим.

Наибольшее распространение получили силовые трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12–15% ниже, чем в группе из трех однофазных трансформаторов той же суммарной мощности. Однофазные трансформаторы применяются в том случае, если невозможно изготовление трехфазных трансформаторов необходимой мощности или затруднена их транспортировка. Наибольшая мощность группы однофазных силовых трансформаторов на 500 кВ ‒ это три трансформатора по 533 МВА каждый, а на 750 кВ – это три трансформатора по 417 МВА каждый.

Силовые трансформаторы, как и другие электрические аппараты, имеют специфические параметры. Ниже приведены основные номинальные параметры силовых трансформаторов.

Номинальная мощность S _Н – это указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте ¦ _Н и напряжении U _Н.

Номинальная мощность для двухобмоточного трансформатора – это мощность каждой из его обмоток. Трехобмоточные трансформаторы могут быть выполнены с обмотками как одинаковой, так и разной мощности. В последнем случае за номинальную мощность принимается наибольшая из номинальных мощностей отдельных обмоток трансформатора.

За номинальную мощность автотрансформатора принимается номинальная мощность каждой из сторон, имеющих между собой автотрансформаторную связь (проходная мощность).

Номинальные напряженияU _Н. – это напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе трансформатора. Для трехфазного трансформатора – это его линейное (междуфазное) напряжение. При работе трансформатора под нагрузкой напряжение на вторичной обмотке меньше номинального на величину потери напряжения в трансформаторе.

Коэффициент трансформации трансформатора К _ТР практически определяется отношением числа витков обмоток высшего и низшего напряжения.

.                                   (2.1)

Номинальными токами трансформатора I _Н называются указанные в паспорте значения токов в обмотках, при которых допускается длительная работа трансформатора.

Напряжение короткого замыкания (КЗ) U _К % ‒ это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора и при замкнутой накоротко другой обмотке в ней (другой обмотке) протекает ток, равный номинальному I _Н. Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при U _Н, то в обмотках возникают токи, превышающие номинальные значения в 10–15 раз и более. При этом в обмотках трансформатора возникают большие механические усилия, и повышается их температура. Такое КЗ является аварийным и требует специальной защиты, которая должна отключить трансформатор в течение долей секунды.

Если замкнуть накоротко, например, вторичную обмотку трансформатора (рис. 2.6), а к его первичной обмотке подвести пониженное напряжение U ₁ и постепенно его повышать, то при определенном значении первичного напряжения U _К во вторичной обмотке будет протекать ток короткого замыкания, равный номинальному току:

  или                     (2.2)

Напряжение короткого замыкания U _К% является очень важным эксплуатационным показателем. Равенство напряжений короткого замыкания трансформаторов – одно из условий возможности их параллельной работы.

Напряжение короткого замыкания определяют по падению напряжения в трансформаторе, оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.

В трехобмоточных трансформаторах и автотрансформаторах U _К%определяется для любой пары их обмоток при замкнутой третьей обмотке. Поэтому в каталогах приводятся три значения напряжения короткого замыкания: U _К% _В–Н, U _К% _В–С, U _К% _С–Н, т.е. напряжения короткого замыкания при замкнутых обмотках среднего, низшего и высшего напряжения соответственно.

Чем больше высшее напряжение и мощность трансформатора, тем больше U _К%. Например, при мощности трансформатора S, равной 630 кВА и U _ВН = 10 кВ, напряжение КЗ (U _К%) равно 5,5%, а при U _ВН, равном 35 кВ, – U _К% = 6,5%. При S, равном 80 МВА и U _ВН = 35 кВ, U _К% будет равно 9%, а при U _ВН = 110 кВ и той же мощности U _К% = 10,5%.

Увеличивая значение U _К, можно уменьшить токи КЗ во вторичной обмотке трансформатора, но при этом значительно увеличивается потребляемая мощность и увеличивается стоимость трансформатора. Если трансформатор мощностью 25 МВА при U _ВН = 110 кВ выполнить с U _К% = 20%, вместо 10%, то расчетные затраты на него возрастут на 15,7%, а потребляемая реактивная мощность возрастет вдвое (с 2,5 до 5 МВАр).