ИЭ / 7 сем (станции+реле) / Расписанные билеты Лапидус v.1

3)Вычёркиваем чётные гармоники (2, 4, 6, … , 2к, …) в силу симметрии ротора и статора генератора.

Что осталось?

Эти гармоники подобны обратной последовательности.

Чем меньше номер гармоники, тем больше её амплитуда, соответственно, она более опасна => в генераторах следует бороться с 5-й гармоникой.

Поскольку 5-я гармоника подобна обратной последовательности, то её ограничивают также, как и несимметричный режим:

I52 ∙ t ≤ Bдоп ,

I5 – ток 5-й гармоники;

Bдоп – допустимый тепловой импульс;

t – время работы генератора.

Глубина проникновения тока гармоники номер ν в толщу проводника:

2 ∙ ρ h = √ων ∙ μ

h – глубина проникновения;

ρ – удельное сопротивление материала;

μ – магнитная проницаемость;

ων = 2 ν – угловая частота, где ν – номер гармоники.

Вывод из формулы: с ростом гармоники уменьшается эффективная глубина проникновения тока в толщу проводника.

Например, 5-я гармоника ~ в 2,2 раза ближе к поверхности проводника, следовательно она сильнее нагревает изоляцию.

5-ю гармонику в генераторах можно снизить, уменьшив вибрацию в роторе.

Часть 2. Режимы работы трансформаторов и автотрансформаторов

0.Введение (читать по желанию)

Поговорим про структуру магнитопровода. Есть такие понятия как стержни и ярма.

Бывают такие конструкции (смотреть рисунок 1.1.4).

Стержневая конструкция подразумевает следующее. Есть 3 стержня, на эти стержни намотаны обмотки фаз «a», «b» и «c». При этом сначала наматываются обмотки НН, а

концентрически снаружи наматываются обмотки СН (если есть) и потом обмотка ВН. А

ярма — это такие элементы, на которые ничего не наматывается, либо наматывается дополнительная компенсационная, либо регулировочная обмотка, т.е. не фазная.

На них очень похожи броневые трансформаторы, но здесь эти крайние элементы это уже не стержни, а ярма. Точнее весь внешний контур является ярмом. Основная обмотка намотана только на основной стержень. Ярмо здесь используется только для проведения основного магнитного потока. Это сделано так, потому что это у нас уже однофазный трансформатор, здесь намотана обмотка одной фазы и её магнитный поток не уравновешен, в отличие от стержневой конструкции. Поэтому этот магнитный поток надо как-то замыкать и желательно, чтобы это замыкание было симметричным. Такую конструкцию мы называем броневой, потому что обмотка находится как бы в броне.

Бывает бронестержневая конструкция. Это когда у нас есть ещё первый и пятый добавочные элементы. Данная конструкция применяется для таких трансформаторов, где,

во-первых, три фазы, во-вторых, возможно существование потока Ф0 – потока нулевой последовательности, который надо куда-то девать, чтобы он замыкался по чему-то санкционированному, а не по баку и не по радиаторам, корпусу трансформатора. Такая конструкция характерная, по большей степени, для маленьких трансформаторов, особенно для измерительных трансформаторов напряжения. В особенности, когда у них

(Измерительные ТН) нейтраль первичной обмотки заземлена, т. е. с их помощью можно мерить и фазные, и линейные напряжения, и напряжения 30.

Рисунок 1.1.4 – Виды магнитопровода Эти самые пластины можно формировать по-разному. Сначала уложить нечётный слой,

потом чётный и т. д. Но, если сделать как на рисунке 1.1.5, то будет не очень хорошо с точки зрения магнитного потока. Потому что, когда магнитный поток протекает вдоль направления проката, магнитное сопротивление минимально, нагрев минимален. Стоит только магнитному потоку пойти поперёк, как тут же возникают локальные перегревы.

Поэтому желательно, чтобы поперёк он шёл минимально.

Рисунок 1.1.5 – Формирование пластин магнитопровода Поэтому стыки пластин желательно выполнять как на рисунке 1.1.6. Для этого чётные

и нечётные слои должны быть как на рисунке 1.6. То есть более сложными.

Рисунок 1.1.6 – Формирование пластин магнитопровода Видно, что в случае на рисунке 1.1.5, стыковать такие слои гораздо проще,

технологичнее. И гораздо тяжелее собирать такие стыки как на рисунке 1.1.6. То есть, мы видим противоречие между технологическими задачами и улучшением магнитной системы трансформатора.

Как уже было сказано, электротехническая сталь бывает разная. У неё бывает кубическая структура, а бывает ребровая структура, когда кристаллы уложены на ребро.

В случае кубической структуры, магнитному потоку все-равно как идти, в направлении или поперёк проката, главное, чтобы не по диагонали. А в случае ребровой структуры не все равно. Здесь магнитный поток, в направлении проката, циркулирует гораздо лучше,

чем в любом направлении при кубической структуре. Но зато поперёк хуже. Именно поэтому есть разница, куда течёт магнитный поток, вдоль направления линий проката или поперёк.

Рисунок 1.1.6 – структура магнитопровода

Как же нам спрессовать эти пластины? На рисунке 1.1.7 показано, что для скрепления этих пластин просверливают отверстие, туда вставлена шпилька, и две гайки всё это скрепляют. С точки зрения изготовления это хорошо, так как просто. Но с точки зрения эксплуатации – плохо, потому что магнитному потоку придётся обходить место вырезанного отверстия. Тут мы получаем сразу 2 проблемы:

o Когда магнитный поток частично огибает это отверстие, он частично идёт не по линии проката, а немножко поперёк получаем локальные перегревы.

o Просто банально эти линии уплотняются.

Обе причины ведут к перегреву.

Рисунок 1.1.7 – Прессовка магнитопровода сквозными шпильками Поэтому на современных трансформаторах данный тип прессовки (рисунок 1.1.7)

стараются не применять. Для этого используют внешние шпильки, бандажи и прочие элементы напоминающие струбцины.

Также надо знать, что обмотки ВН, СН и НН наматываются концентрически по отношению друг к другу. При этом, сначала наматывается обмотка НН (смотреть рисунок

1.2.3). Затем, если трансформатор трехобмоточный, наматывается обмотка СН, тоже концентрически. На рисунке 1.2.3. показано для двухобмоточного трансформатора.

Рисунок 1.2.3 – Принцип концентрической намотки обмоток ВН НН на трансформатор Почему намотка происходит именно таким образом? Потому что обмотки надо

изолировать от стержня, а точнее от магнитопровода. Магнитопровод у нас заземлён, он электрически связан с баком трансформатора, с корпусом нужно делать изоляцию. И

чем меньше напряжение, тем меньше, то есть тоньше, будут изоляционные материалы. На рисунке 1.2.4. показан принцип намотки для всех трех фаз.

Рисунок 1.2.4 – Принцип концентрической намотки обмоток ВН НН на трансформатор Виды обмоток

А вообще обмотки бывают самые разнообразные, на рисунке 1.2.5 приведены виды обмоток. Видно, что однослойная и двухслойная обмотки выполнены из проводника достаточно большого сечения, провод достаточно толстый. Поэтому его невозможно намотать горизонтально его наматывают под некоторым углом. А с помощью специальных вставок из изоляционного материала (очень твердого электротехнического картона) дополняют эту всю структуру до правильных цилиндров. Потом эти цилиндры нанизывают на стержни магнитопровода.

Рисунок 1.2.5 – Виды намоток

Для трансформаторов, обладающих системой РПН, то есть регулировкой напряжения под нагрузкой, к зависит от положения контактора РПН. Причём зависимость бывает разная. Иногда, при добавлении витков к увеличивается, иногда уменьшается, какой-то однозначной закономерности тут нет. При всевозможных расчётах ТКЗ за этим трансформатором необходимо проводить расчёты токов КЗ на крайних положениях РПН.

Характеристики (авто)трансформаторов

• Номинальная мощность ном, кВА.

Для двух обмоточного трансформатора:

ном – мощность, на которую рассчитана любая из 2-х обмоток.

Для трёхобмоточного трансформатора:

ном – мощность, на которую рассчитана обмотка высшего напряжения.

А что для 2-х оставшихся обмоток? Если полную номинальную мощность принять за

100%, то эти 2 обмотки среднего и низшего напряжения могут быть рассчитаны на:

Кроме того, есть ещё устаревшие сочетания, которые включают в себя 33%.

Почему вообще есть такие комбинации?

Дело в том, что не всегда заранее известно, в каких режимах будет эксплуатироваться трансформатор. Если у завода-изготовителя такой информации нет, то он, на всякий случай, выполняет все 3 обмотки на 100% мощности.

Если известно, что в большей степени будет задействован канал ВН-СН, то эти 2

обмотки можно выполнить на повышенную мощность, ну а обмотку НН на пониженную мощность (например, 100%, 100% и 67%).

• Номинальное напряжение ном, кВ.

Надо обязательно сказать, что, если у нас трансформатор 3-хфазный, то это напряжение – линейное.

Но, если у нас трансформатор однофазный. Например, это трансформатор очень маленькой мощности или это, наоборот, трансформатор очень большой мощности, когда его невозможно перевести в 3-хфазном исполнении по существующим железным дорогам.

В этом случае его исполняют тремя однофазными трансформаторами и формируют группу из 3-х штук. В этом случае номинальное напряжение ном нормируется, как фазное напряжение. В таких случаях пишут, например, 525/√3 кВ.

• Напряжение короткого замыкания к, %

Это такое напряжение, которое надо приложить к первичной обмотке, чтобы по короткозамкнутой вторичной протекал номинальный ток ном.

Это напряжение для 2-х обмоточного трансформатора без расщепления обмотки – одно.

Если у нас 3-х обмоточный, то уже появляется необходимость нормирования трёх к:кВ−С, кВ−Н, кС−Н. А если у нас он ещё и расщеплённый, то кН−Н.

• Мощность потерь короткого замыкания к, кВт.

Мощность, которая измерена в опыте короткого замыкания. Опять же, если у нас 2-х

обмоточный трансформатор без расщепления обмотки, то к – одна. В других случаях имеем такую же комбинацию как у к: кВ−С, кВ−Н, кС−Н, кН−Н.

Далее идут 2 параметра относящиеся к другому опыту, режиму холостого хода.

•Мощность потерь холостого хода х, кВт

•Ток холостого хода х, %

Вторичную обмотку трансформатора разомкнули, а на первичную подали номинальное напряжение н. И померили потери х в кВт и х в %.

Метод двух ваттметров Мощность потерь короткого замыкания, как и мощность потерь ХХ, можно измерить

методом двух ваттметров. Схема этого метода на рисунке 1.2.8. Два ваттметра включаются на фазные токи и линейные напряжения. Здесь вторичная обмотка закорочена, но, если бы это был опыт холостого хода, она была бы разомкнута.