Силови трансформатори СрН/НН
Начало > Електроапаратурa > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 8, 2008
Характеристики на сухи и маслени трансформатори
Трансформаторът е статично устройство, предназначено да преобразува в системите за променлив ток чрез електромагнитна индукция едно напрежение в друго, при неизменна честота и без съществени загуби. Физическото явление, стоящо в основата на действие на електрическия трансформатор, е открито от английския физик Майкъл Фарадей в 1831 г. За “рожден ден” на трансформатора се счита 30 ноември 1876 г., когато е издаден френски патент на Павел Николаевич Яблочков, описваш принципа на действие и начина на използване на трансформатора. Впоследствие значителна роля в усъвършенстването му изиграли англичанинът Феранти, американецът Дж. Уестинхауз, както и сърбинът Никола Тесла.
Елементарната конструкция, високият КПД и отсъствието на подвижни части са основни предимства на трансформаторите. При оптимална поддръжка и нормално натоварване животът му достига 25 - 30 г., но може значително да се съкрати от чести, недопустими и продължителни претоварвания, по време на които магнитната сърцевина, намотките и маслото са подложени на високи температурни натоварвания.
Номинална мощност
Дефинира се като възможната продължителна мощност, която трансформаторът може да отдаде, без да се превиши температурата му за съответния топлинен клас. Използваните модели са с мощност от 50 до 1250 и по-рядко до 3150-4000 kVA. Номиналната мощност се пресмята по зависимостта:
Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2,
където индексите означават 1 - първична намотка и 2 - вторична намотка.
Известно е, че греенето е неизбежен процес, съпровождащ работата на електрическите машини. Дължи се на топлинното действие на тока и на вихровите токове, индуцирани в магнитните системи на електрическите машини. Счита се за нормално една машина да грее само в допустимите граници, изчислени от конструкторите, потвърдени от практиката и регламентирани от съответните стандартизационни документи.
Особено уязвима при недопустимо греене е изолацията на намотките. Установено е, че повишаване на работната температура с 8 °С над допустимата за съответния топлинен клас, съкращава срока на работа приблизително два пъти. Някои автори посочват т.нар. 6-градусово правило като показател за топлинно износване на изолацията. Според него, в диапазона 80 до 140 °С степента на износване на изолацията се удвоява на всяко повишение с 6 °С.
Измерване на топлинните величини
Несъмнено, греенето е в пряка зависимост от натоварването на трансформатора. По тази причина Международната електротехническа комисия (МЕК) публикува редица ръководства за натоварване на силови трансформатори – сухи и маслонапълнени. Решаването на проблемите, свързани с греенето, поставят на преден план въпроса с техническите възможности за измерване на топлинните величини (q/t) при натоварване. Съществуват различни възможности за температурен контрол посредством измерване на температурата на маслото с живачни, мембранни и други видове термометри, но те не са подходящи за трансформатори в режим на експлоатация. Водещи фирми в производството им използват устройства, вградени в трансформаторите. Те са специални топлинни модели, които имитират термичното състояние на намотката в реални условия на работа, както и термосонди (лимборометри), които измерват температурата на маслото, засмуквано от канал непосредствено до намотката. Използват се и предаватели на температура, монтирани в самата намотка и предаващи чрез определен канал данни за температурното състояние.
Номинално напрежение
Съгласно БДС HD 472 S1:1989):2004/A1:2004, номиналните напрежения на силовите трансформатори СрН/НН са:
l за високата страна - най-разпространените стойности са 6, 10, 20 кV. Обикновено имат превключване ±5% или 4х± 2,5%. Много рядко се използва и 3 кV.
l за ниската страна - 127/220 V, 220/380 V. Най-разпространената стойност е 380/660 V.
Номиналните напрежения на електроразпределителната мрежа съответстват на БДС IEC 60038. Известно е, че за мрежа ниско напрежение стойностите са - 230/400 V; а за мрежа средно напрежение са 6,3; 10,5 и 21 kV.
Най-високите напрежения на съоръженията в мрежа средно напрежение са съответно - 7,2;12 и 24 kV. Определянето на съответни регулаторни стъпала на трансформаторите СрН/НН в трансформаторните постове се извършва от районните подразделения на разпределителното предприятие, съгласувано с оператора на електроразпределителната мрежа.
Коефициентът на полезно действие
h е равен на отношението на мощността, подадена на входа на трансформатора към мощността, получена на изхода му. Това се вижда и от заместващата схема (фиг. 1) h =Р2/Р1 . При номинални стойности на токовете и напреженията и cosj>0.8, получената стойност е много висока и превишава 99%. Именно затова не се използва за пряко определяне на КПД. Да се измерят входната и изходната мощности с висока точност е много трудно. По тази причина се използват косвени методи, при които се работи с DР = Р1 - Р2. Следователно h = Р2/( Р2+ DP).
От всички загуби постоянни са само тези в магнитопровода. Те се дължат на хистирезис, вихрови токове и разсейване. Променливи са загубите в намотките и те се описват с уравнението rk(I2‘)2 = k23 rk(I2‘ ном)2 = k23Pkном, където k3 = I2/I2ном. е коефициент на натоварване на трансформатора, а Рк ном. са загубите в намотката при номинален ток. Максимумът на КПД при максимален товар се получава при равенство на загубите в намотката и магнитопровода. При произволен товар е възможно да се пресметне по зависимостта h=U2I2k3cosj2/(U2I2k3cosj2+Pxx+ k32Pkz), където Pxx и Pkz са загубите при празен ход и късо съединение.
Нива на генерирания шум
Дефинира се като допълнителен шум, излъчван от трансформатора в сравнение с шумовите нива, характерни за ненатоварено състояние. Дължи се на електромагнитни сили, възникващи от полетата на магнитна утечка на навивките. Пропорционален е на квадрата на тока. Най-общо, източници на този шум са вибрациите на стените на резервоара, магнитните екрани и самите навивки. От практически опит може да се заключи, че шумът на натоварване би могъл да бъде от същия порядък, както и в ненатоварено състояние.
В добре проектиран и произведен в заводски условия силов трансформатор отсъстват резонансни колебания на елементите при честота 100 Hz (основната честота на принудителните колебания, свързани с електродинамичните процеси). Трансформаторът може да се разглежда като пространствена система с разпределени параметри, в която главни колебателни подсистеми са магнитопроводът, както и намотките високо и ниско напрежение, имащи собствени механични резонансни честоти. Допустимото ниво на колебания не се регламентира. Единствено ограничаващо условие е допустимото ниво на шум. Следва да се има предвид, че вибрацията, явяваща се постоянно действащ фактор, води до отслабване на закрепването на магнитопровода, намотките, както и претриване на изолацията и в крайна сметка повреждане на трансформатора. Късите съединения на електропроводите представляват допълнителни върхови натоварвания, ускоряващи процеса на стареенето и повреждането му.
В ролята на външни средства за намаляване на шума от трансформатори се използват:
l звукопоглъщащи стени (панели);
l двуслойни леки панели;
l тухлени или бетонни стени.
Статията продължава в следващ брой на сп. Инженеринг ревю.
Вижте още от Електроапаратурa
Новият брой 5/2024
