Трансформация электроэнергии

Содержание

Преобразование энергии: определение, виды и процесс передачи

Трансформация электроэнергии

Обеспечение нужд человечества достаточным количеством энергии – одна из ключевых задач, которые стоят перед современной наукой.

В связи с повышением энергозатратности процессов, направленных на поддержание базовых условий существования общества, возникают острые проблемы не только генерации больших объемов энергии, но и сбалансированной организации систем ее распределения. И тема преобразования энергии имеет ключевое значение в данном контексте.

От этого процесса зависит коэффициент выработки полезного энергетического потенциала, а также уровень затрат на обслуживание технологических операций в рамках используемой инфраструктуры.

Общие сведения о технологии преобразования

Необходимость использования разных видов энергии связана с различиями в процессах, для которых требуется питающий ресурс. Тепло требуется для отопления, механическая энергия – для силовой поддержки движения механизмов, а свет – для освещения.

Электричество можно назвать универсальным источником энергии и с точки зрения ее преобразования, и в плане возможностей применения в разных сферах. В качестве исходной энергии обычно используются природные явления, а также искусственно организованные процессы, способствующие генерации того же тепла или механического усилия.

В каждом случае требуется определенный вид оборудования или сложного технологического сооружения, в принципе позволяющего обеспечивать преобразование энергии в нужную для конечного или промежуточного потребления форму. Причем среди задач преобразователя выделяется не только трансформация как перевод энергии из одного вида в другой.

Зачастую данный процесс служит и для изменения некоторых параметров энергии без ее трансформации.

Преобразование как таковое может быть одноступенчатым или многоступенчатым. Кроме того, например, работа солнечных генераторов на фотокристаллических элементах обычно рассматривается как трансформация энергии света в электричество.

Но вместе с этим возможно и преобразование тепловой энергии, которую Солнце отдает грунту в результате нагрева. Геотермальные модули размещаются на определенной глубине в земле и посредством специальных проводников наполняют энергетическим запасам аккумуляторы.

В простой схеме преобразования геотермальная система обеспечивает накопление энергии тепла, которая отдается отопительному оборудованию в чистом виде с базовой подготовкой.

В сложной структуре задействуется тепловой насос в единой группе с конденсаторами тепла и компрессорами, которые обеспечивают преобразование тепла и электроэнергию.

Виды преобразования электрической энергии

Существуют разные технологические методы извлечения первичной энергии из естественных природных явлений. Но еще больше возможностей для изменения свойств и форм энергии дают аккумулированные энергоресурсы, поскольку они хранятся в удобном для трансформации виде.

К наиболее распространенным формам преобразования энергии можно отнести операции излучения, нагрева, механического и химического воздействия.

В наиболее сложных системах применяются процессы молекулярного распада и многоуровневые химические реакции, в которых объединяется несколько этапов преобразования.

Выбор конкретного способа трансформации будет зависеть от условий организации процесса, вида изначальной и конечной энергии.

Среди самых распространенных видов энергии, которые в принципе участвуют в процессах преобразования можно выделить лучистую, механическую, тепловую, электрическую и химическую энергию. Как минимум, данные ресурсы успешно эксплуатируются в промышленности и бытовом хозяйстве.

Отдельного внимания заслуживают косвенные процессы преобразования энергии, которые являются производными той или иной технологической операции.

К примеру, в рамках металлургического производства требуется выполнение операций нагрева и охлаждения, в результате которых вырабатывается пар и тепло как производные, но не целевые ресурсы. В сущности, это отходные продукты переработки, которые также находят применение, подвергаются трансформации или использованию в рамках этого же предприятия.

Один из старейших с точки зрения освоения и самых важных для поддержания жизнедеятельности человека энергетических источников, без которых невозможно представить жизнь современного общества.

В большинстве случаев тепло преобразуется в электроэнергию, причем простая схема такой трансформации не требует подключения промежуточных этапов.

Однако в тепловых и атомных электростанциях в зависимости от условий их работы может применяться этап подготовки с переводом тепловой в механическую энергию, что требует дополнительных затрат. Сегодня все чаще для преобразования тепловой энергии в электричество используются термоэлектрические генераторы прямого действия.

Сам процесс трансформации происходит в специальном веществе, которое сжигается, выделяет тепло и в дальнейшем выступает источником генерации тока.

То есть термоэлектрические установки могут рассматриваться как источники электроэнергии с нулевым циклом, так как их работа запускается еще до появления базовой тепловой энергии. В качестве основного ресурса выступают топливные элементы – как правило, газовые смеси.

Они сжигаются, в результате чего происходит нагрев теплораспределительной металлической пластины. В процессе отвода тепла через специальный генераторный модуль с полупроводниковыми материалами происходит преобразование энергии.

Электрический ток генерируется радиаторной установкой, подключенной к трансформатору или аккумулятору. В первом варианте энергия сразу поступает к потребителю в готовом виде, а во втором – накапливается и отдается по мере надобности.

Генерация тепловой энергии из механической

Также один из самых распространенных способов получения энергии в результате преобразования. Суть его заключается в способности тел отдавать тепловую энергию в процессе совершения работы.

В простейшем виде данную схему трансформации энергии демонстрирует пример с трением двух деревянных предметов, в результате чего возникает огонь.

Однако для использования данного принципа с ощутимой практической пользой требуются специальные устройства.

В бытовом хозяйстве преобразование механической энергии имеет место в системах отопления и водоснабжения.

Это сложные технические конструкции с магнитопроводом и шихтованным сердечником, подключенным к замкнутым электропроводящим контурам.

Также внутри рабочей камеры данной конструкции проходят трубы отопления, которые нагреваются под действием совершаемой работы от привода. Недостатком данного решения можно назвать необходимость подключения системы к электросети.

В промышленности используются более мощные преобразователи с жидким теплоносителем. Источник механической работы подключается к замкнутым резервуарам с водой.

В процессе движения исполнительных органов (турбин, лопастей или других элементов конструкции) внутри контура создаются условия для вихреобразования. Это происходит в моменты резкого торможения лопастей.

Кроме нагрева в данном случае повышается и давление, что облегчает процессы циркуляции воды.

Преобразование электромеханической энергии

Большинство современных технических агрегатов работает на принципах электромеханики.

Синхронные и асинхронные электрические машины и генераторы используются в транспорте, станочном оборудовании, промышленных инженерных узлах и прочих силовых установках разного назначения.

То есть электромеханические виды преобразования энергии применимы и к генераторному, и к двигательному режимам работы в зависимости от текущих требований приводной системы.

В обобщенном виде любую электрическую машину можно рассматривать как систему взаимно перемещающихся магнитно-связанных электрических цепей.

К подобным явлениям также относят гистерезис, насыщение, высшие гармоники и магнитные потери.

Но в классическом представлении относить их к аналогам электрических машин можно лишь в случае, если речь идет о динамических режимах, когда система работает в рамках энергетической инфраструктуры.

В основе системы электромеханического преобразования энергии лежит принцип двух реакций с двухфазными и трехфазными компонентами, а также метод вращающихся магнитных полей. Ротор и статор двигателей выполняют механическую работу под действием магнитного поля. В зависимости от направления движения заряженных частиц устанавливается режим работы – в качестве мотора или генератора.

Совокупный химический источник энергии относится к традиционным, однако методы его преобразования не так распространены в силу экологических ограничений. Сама по себе химическая энергия в чистом виде практически не используется – по крайней мере, в виде концентрированных реакций.

В то же время естественные химические процессы окружают человека повсюду в виде высоко- или низкоэнергетических связок, которые проявляются, например, при горении с выделением тепла. Тем не менее, преобразование химической энергии целенаправленно организуется в некоторых отраслях промышленности.

Обычно создаются условия для высокотехнологичного горения в плазменных генераторах или газовых турбинах. Типичным реактивом данных процессов является топливный элемент, который и способствует получению электрической энергии.

С точки зрения КПД подобные преобразования не так выгодны по сравнению с альтернативными способами генерации электроэнергии, так как часть полезного тепла рассеивается даже в современных плазменных установках.

Преобразование энергии солнечного излучения

Как способ преобразования энергии процесс обработки солнечного света уже в скором будущем может стать самым востребованным в энергетике. Связано это с тем, что даже в наши дни каждый домовладелец теоретически может приобрести оборудование для преобразования солнечной энергии в энергию электрическую.

Ключевой особенностью данного процесса является бесплатность аккумулируемого солнечного света. Другое дело, что это не делает процесс полностью лишенным расходов. Во-первых, затраты потребуются на техническое обслуживание солнечных аккумуляторов.

Во-вторых, и сами генераторы такого типа стоят недешево, поэтому первичное вложение в организацию собственной мини-энергостанции пока могут себе позволить немногие.

Что же представляет собой солнечный генератор энергии? Это комплект фотоэлектрических панелей, выполняющих преобразование энергии солнечных лучей в электричество. Сам принцип этого процесса во многом схож с работой транзистора.

В качестве основного материала для изготовления фотоэлементов используется кремний в разных вариантах. Например, устройство для преобразования энергии Солнца может быть поли- и монокристаллическим. Второй вариант предпочтительнее по рабочим характеристикам, но стоит дороже.

В обоих случаях происходит освещение фотоэлемента, при котором активизируются электроды и в процессе их движения вырабатывается электродинамическая сила.

Преобразование паровой энергии

Паровые турбины могут применяться в промышленности как способ трансформации энергии в приемлемую форму, так и в качестве самостоятельного генератора электричества или тепла из специально направляемых потоков условного газа.

Далеко не одни турбинные машины используются как устройства преобразования электрической энергии в составе с паровыми генераторами, но их конструкция оптимально подходит для организации этого процесса с высоким КПД. Простейшее техническое решение – турбина с лопатками, к которой подключаются сопла с подаваемым паром.

По мере движения лопастей происходит вращение электромагнитной установки внутри аппарата, выполняется механическая работа и вырабатывается ток.

Некоторые конструкции турбин имеют специальные расширения в виде ступеней, где происходит превращение механической энергии пара в кинетическую.

Данная особенность устройства обуславливается не столько интересами повышения производительности преобразования энергии генератора или необходимостью выработки именно кинетического потенциала, сколько обеспечением возможности гибкой регуляции работы турбины.

Расширение в турбине обеспечивает функцию управления, что дает возможность эффективной и безопасной регуляции объемов генерируемой энергии. К слову, рабочая область расширения, которая включается в процесс преобразования, называется активной ступенью давления.

Способы передачи энергии

Способы трансформации энергии невозможно рассматривать без понятия ее передачи. На сегодняшний день выделяется четыре способа взаимодействия тел, при которых происходит передача энергии, – электрический, гравитационный, ядерный и слабый.

Передачу в данном контексте можно рассматривать и как способ обмена, поэтому принципиально разделяют совершение работы при передаче энергии и функцию теплообмена.

Какие преобразования энергии предусматривают совершение работы? Типичным примером является механическое усилие, при котором в пространстве происходит перемещение макроскопических тел или отдельных частиц тел. Помимо механической силы также выделяют магнитную и электрическую работу.

Ключевым объединяющим свойством практически для всех типов работ является способность к полному количественному преобразованию между собой. То есть электричество трансформируется в механическую энергию, механическая работа в магнитный потенциал и т.д.

Теплообмен также является распространенным способом передачи энергии. Он может быть ненаправленным или хаотическим, но в любом случае происходит движение микроскопических частиц. Количество активизированных частиц будет определять объем тепла – полезную теплоту.

Заключение

Переход энергии из одной формы в другую является нормальным, а в некоторых отраслях обязательным условием производственного энергетического процесса. В разных случаях необходимость включения этого этапа может объясняться экономическими, технологическими, экологическими и другими факторами генерации ресурса.

При этом, несмотря на разнообразие естественных и искусственно организующихся способов трансформации энергии, подавляющее большинство установок, обеспечивающих процессы преобразования, применяются только для электричества, теплоты и механической работы.

Средства для преобразования электрической энергии и вовсе являются самыми распространенными. Электрические машины, обеспечивающие трансформацию механической работы в электроэнергию по принципу индукции, к примеру, используются практически во всех сферах, где задействуют сложные технические устройства, агрегаты и приборы.

И эта тенденция не снижается, так как человечество нуждается в постоянном увеличении объемов энергетического производства, что заставляет искать новые источники первичной энергии.

На данный момент наиболее перспективными направлениями в энергетике считаются системы генерации того же электричества из механической энергии, производимой Солнцем, ветром и потоками воды в естественной природе.

Источник: https://FB.ru/article/458322/preobrazovanie-energii-opredelenie-vidyi-i-protsess-peredachi

11.4. Трансформация электроэнергии – Энергетика: история, настоящее и будущее

Трансформация электроэнергии

Рис. 11.6. Индукционная катушка

Прообразом трансформаторов являлись широко используемые уже в середине XIX века «индукционные катушки», предназначенные для преобразования малых токов.

Первая индукционная катушка (рис. 11.6) была собрана Фарадеем в 1831 г. и появилась одновременно с открытием им явления индукции.

Если по обмотке катушки Н' пропустить электрический ток от гальванической батареи, то в пространстве вокруг этой катушки возникнут силовые линии, которые достигнут обмотки другой катушки Н. При этом в обмотке катушки Н  возникнет ток, который может быть обнаружен гальванометром G.

Если прервать цепь первичной катушки Н', в обмотке катушки Н опять возникнет ток, но уже противоположного направления. Для того, чтобы ток в обмотке катушки Н был как можно больше, ее следует сделать настолько широкой, чтобы в ней могла свободно поместиться верхняя катушка Н'.

Если при этом в катушкуН' поместить, например, пучок металлической проволоки, то этим еще более улучшится путь для силовых линий и, следовательно, увеличится ток в катушке Н.

Этот прибор Фарадея имел целью только передавать электрическую энергию при помощи индукции, а вовсе не преобразовывать напряжение тока. Генрих Румкорф (1803–1877) первым предпринял попытку объединить передачу электричества посредством электромагнитного поля с одновременным изменением напряжения электрического тока.

Катушка Румкорфа была представлена на Всемирной выставке в 1855 г. При этом необходимо отметить, что изобретение Румкорфа вовсе не имело целью дать практический способ трансформации напряжения. Кроме того, не Румкорф, а американский электротехник Пэдж в 1836 г.

первым применил индукционный аппарат для повышения напряжения. Однако открытие Пэджа прошло незамеченным, и только Румкорфу удалось обратить внимание физиков на удивительную способность индукционного аппарата давать токи очень высокого напряжения. В 1848 г.

Румкорф создал свои первые индукционные аппараты для высоких напряжений, назначением которых было давать искры. В 1852 году Румкорф сконструировал катушку с двумя обмотками. В цепь первичной обмотки он поставил прерыватель вибрационного типа (так называемый «молоточек Вагнера») и подключил к гальванической батарее.

Во вторичной обмотке в связи с очень большим числом витков появилось высокое напряжение, что позволило получать искры длиной до 2 см.

В конце 1864 года император Франции Наполеон III, решивший возродить премию имени Вольты, постановил наградить этой премией в 50 000 франков Генриха Румкорфа за изобретение индукционной катушки.

Патент, или, как раньше говорили, привилегию, на изобретение трансформатора фирмы «Ганц и К» приобрела американская компания Эдисона, но не для того, чтобы его эксплуатировать: для нее это было простейшим способом устранения опасного конкурента собственной системы постоянного тока.

И только значительно позже ее преемница – «General Electric Company» – исправила сделанный промах и усердно занялась применением и усовершенствованием трансформаторов.

Рис. 11.7. Вторичный генератор Голарда–Гиббса

При этом ему приходилось предпринимать определенные усилия для предотвращения пробоя изоляции между многочисленными витками во вторичной обмотке. В 1859 году Румкорф создал катушку, позволяющую получать искры длиной до 50 см.

Создавая индукционные катушки, Румкорф не преследовал никаких экономических целей, связанных с применением эффекта трансформации напряжения электрического тока. Первым на эту сторону дела обратил внимание Голард, который оценил эту особенность индукционных катушек и для реализации своего изобретения вошел в компанию с банкиром Гиббсом. На Туринской выставке в

Рис. 11.8. Трансформатор фирмы «Ганц и К°»

1884 году был впервые представленвторичный генераторГоларда–Гиббса (рис. 11.7), состоящий из вертикальных установленных попарно индукционных катушек. В зависимости от требуемого уровня напряжения как первичные, так и вторичные катушки соединялись по соответствующей схеме.

Дополнительное регулирование напряжения осуществлялось с помощью железных сердечников катушек, которые для этого вдвигались в катушки на требуемую глубину.

В зависимости от различного положения железных сердечников катушек изменялось и значение индукции, а следовательно, и электродвижущей силы во вторичных катушках. Изобретение не было лишено множества недостатков.

В частности, при вертикальном расположении индукционных катушек в виде столбов линии сил первичной катушки замыкались от северного полюса к южному по длинному пути через воздух, что значительно снижало эффективность трансформации и увеличивало потери.

Изобретенный Голардом вторичный генератор размещался в местах потребления тока и был предназначен для понижения переменного тока опасного высокого напряжения до более низкого безопасного уровня.

Изобретение Голарда представляло собой начальный пункт развития систем трансформации переменного тока, без которых не было бы возможно дальнейшее совершенствование систем передачи и распределения электрической энергии.

Рис. 11.9. Трансформатор компании Вестингауза

Дальнейшим совершенствованием систем трансформации электрической энергии занялись электротехники фирмы «Ганц и К°», снабдив свой трансформатор (рис. 11.8) железным сердечником в форме кольца, так что силовые линии проходили только по железу. Кроме того, первичная и вторичная обмотки были расположены на железном тороидальном сердечнике так, что потери тока при трансформации были минимальны.

В отличие от компании Эдисона американское общество Вестингауза первым взялось за внедрение системы Голарда, привилегию на которую оно приобрело. Электротехник этого общества Стенли построил оригинальный трансформатор, состоящий из двух плоских катушек.

Сердечник трансформатора состоял из тонких железных пластинок, вырезанных в форме буквыЕи вставленных в катушку попеременно то с одной, то с другой стороны (рис. 11.9). Железная оболочка катушек помещалась между железными рамами, стягиваемыми длинными железными штырями.

Такая конструкция трансформатора, впоследствии усовершенствованная и видоизмененная, еще долгое время использовалась в электротехнике.

Современный трансформатор переменного тока

Источник: http://energetika.in.ua/ru/books/book-2/part-3/section-11/11-4

Что за

Трансформация электроэнергии

Для транспортировки электрической энергии на значительное расстояние и уменьшения при этом технических потерь используются высоковольтные силовые трансформаторы (СТ).

Они работают на принципе трансформации, преобразуя электрическую энергию одного параметра в другую размерность путем электромагнитной индукции.

С этой целью электрическая энергия, полученная со щеточного устройства генераторов по шинам подается в трансформаторы для повышения и дальнейшей передачи.

Конструкция силового трансформатора

Устройство силового трансформатора типа ТМ-400/10: 1-ярмовая балка,2-горизонтальная прессующая шпилька, 3-обмотка высокого напряжения Вн, 4-вертикальная стяжная шпилька, 5-циркуляционная труба радиатора, 6-расширитель, 7-маслоуказатель, 8-дыхательная пробка, 9-маслозаливная пробка, 10-грязеотстойник, 11-патрубок, соединяющий расширитель с баком, 12-вводы высокого напряжения ВН, 13-нулевой вывод низкого напряжения, 14-выводы обмоток низкого напряжения НН, 15-переключатель ступеней регулирования напряжения, 16-ртутный термометр, 17-кольцо (рым) для подъема крышки, 18-магнитопровод, 19-буковые планки, 20-термосифонный фильтр

Силовой трансформатор состоит из двух или более обмоток, которые находятся на сердечнике (магнитопроводе) из специальной (для улучшения магнитопроницаемости) холоднокатаной электротехнической стали. Обмотки, чаще всего, делаются из алюминия и отличаются друг от друга количеством витков (на «высокой» стороне больше, на «низкой» – меньше) и площадью сечения (тут наоборот: обмотки высокой стороны имеют меньшее сечение проводника). Для лучшего использования пространства в окнах сердечника, проводники имеют квадратную форму. Называемые также жилами, они могут подразделяться на два или больше параллельных проводника с целью уменьшить вихревые токи и, соответственно, потери электроэнергии в трансформаторе.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют по три фазовые составляющие. Между собой они могут соединяться тремя разными способами:

  • Соединение «звездой» или Y-соединение. В нем все три обмотки соединяются своими окончаниями в одной точке нейтрали.
  • Соединение «треугольником» или Δ-соединение (дельта-соединение). Все три фазные обмотки соединяются последовательно, образуя кольцо или треугольник.
  • Соединение «зигзаг» или Z-соединение.

Выбор способа соединения обусловлен требуемыми параметрами силового трансформатора. Так, соединение звездой применяется чаще всего на высокой стороне, тогда нейтральная точка служит для заземления.

В этом случае низкая сторона трансформатора должна быть соединена треугольником, так как при низком напряжении сила тока очень велика.

Огромные токи сопровождаются выделением тепла, поэтому трансформатор помещают в сварной бак, заполненный специальным маслом, и радиаторами, которые и охлаждают обмотки. Силовые трансформаторы с сухими обмотками изготавливают только не очень большой мощности.

Кроме того, что бак является резервуаром для трансформаторного масла, он еще служит конструкцией, на которой крепятся аппаратура управления и вспомогательные устройства.

Перед закачкой масла из бака удаляют весь воздух, который может уменьшить сопротивление изоляции обмоток, снизив тем самым диэлектрическую прочность трансформатора. Конструкция бака предусматривает возможное расширение масла от увеличения его температуры.

Обычно для этого монтируют расширительный бачок, в который переходит излишек нагретого масла.

Помимо масляных силовых трансформаторов, бывают сухие трансформаторы, основным отличием которых как понятно из названия, является отсутствие масла в магнитной системе и обмотках.

Принцип работы

Работа силового трансформатора (СТ) осуществляется на законах электротехники. СТ ничем не отличаются от обыкновенного трансформатора. Проходящий в первичной обмотке ток изменяется во временном диапазоне гармониками. Он создает в магнитопроводах мощный поток магнитных полей. Индукция проникает сквозь витки вторичной обмотки, создается электродвижущая сила.

Принцип работы трансформатора

Съем нагрузок происходит с проходных изоляторов вторичной обмотки на крыше трансформатора. Параметры тока вторичной обмотки держат не выше расчетной величины.

В таком состоянии силовые установки работают месяцами, продолжительное время.

Преобразуется 1 потенциал амплитуды низкого потенциала (6 – 10 кВ) электричества в высокий класс амплитуды (35, 110, 220, 500, 1100 кВ).

В рабочем режиме СТ подключен шинами распределительных устройств, линией электропередачи на нагрузку потребителей энергии. Без отбора мощности происходит повышение частоты электрического тока. СТ работающие в группе разгружены, близки к режимам работы на холостом ходу.

При отборе мощности потребителями уменьшается частота электрического тока, трансформатор грузится на 100 – 140% мощность. При стабилизации частоты 50 + (0,5-1%) силовые установки переводятся на стабильный номинальный режим работы. В период испытаний он кратковременно включается на режимы коротких замыканий.

Проверяются 99,99% электрических характеристик агрегата, проводится наладка режимов его работы.

Режим короткого замыкания

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнатькоэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор.

Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

Формула по вычислению коэффициента трансформации

где:

  • U1 и U2 – ВН (высокое) и НН (низкое) напряжения.
  • N1 и N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке.
  • I1 и I2 – ток в первичной и вторичной обмотки.

Основное назначение трансформатора

Промышленный СТ производят на крупных электротехнических заводах страны. Промышленность выпускает установки мощностью свыше 1 млн. кВА. Амплитуда классов промышленных напряжений достигает 1,15 – 1,5 мегавольт. СТ с генераторов ТЭС снимает со щёточных аппаратов ток амплитудой до 24 кВ.

Дальнейшее повышение амплитуды происходит в СТ до классов: 110 – 1150 кВ. По территории России ЛЭП работают амплитудой: 10 – 1050 кВ. Потребителям по ВЛ понижающими устройствами ток подаётся амплитудой: 0,4 -10 кВ промышленного назначения, 220 – 380 В сферы ЖКХ, населению МКД, частных секторов.

Схема передачи электроэнергии

В сетях подстанций происходит многократного цикла трансформация электричества. Она меняется регулярно мощными СТ. Их потенциал, амплитуды в 30 раз выше, снятой со щеточных аппаратов генераторов ТЭС, ГЭС, АЭС, ВЭС.

Промышленный СТ поддерживает постоянной частоту тока 50 (+/- 1%) Гц. Предел отклонения по ПУЭ держат 1% по причине выхода из строя всех установок потребителей. СТ промышленного применения делают 3-фазного исполнения.

Для 1-фазной сети производят 1-фазные устройства.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/poweredhouse/chto-za-zver-takoi-silovoi-transformator-5ef912985051695e27db0938

Что такое силовой трансформатор

Трансформация электроэнергии

Для транспорта электрической энергии на значительное расстояние, уменьшения технических потерь используются высоковольтные силовые трансформаторы (СТ).

Они работают на принципе трансформации, преобразуя электрическую энергию 1 параметра в другую размерность путём электромагнитной индукции.

С этой целью электрическая энергия, полученная со щёточного устройства генераторов по шинам подаётся в трансформаторы для повышения и дальнейшей передачи.

Силовой трансформатор 500 МВА

Конструкция

Силовые трансформаторы делаются масляными, сухими. Высоковольтный аппарат представляет собой сложное инженерное оборудование.

В аппарат входит:

  • Станина установки.
  • Прямоугольный масляный бак.
  • Термосифонный фильтр.
  • Магнитопроводы.
  • Обмотки низкого потенциала (2-слойная цилиндрическая).
  • Обмотки высокой амплитуды.
  • Вводные проходные изоляторы 2 классов амплитуды.
  • Расширительная ёмкость.
  • Газовое реле.
  • Переключающее устройство РПН.
  • Моторный привод.
  • Радиаторы с вентиляторами, охладителями.
  • Привод переключающего устройства.
  • Запорная арматура по маслу, воде, газу.

По количеству фаз трансформаторы выпускают: однофазные, трёхфазные.

Основное назначение

Промышленный СТ производят на крупных электротехнических заводах страны. Промышленность выпускает установки мощностью свыше 1 млн. кВА. Амплитуда классов промышленных напряжений достигает 1,15 – 1,5 мегавольт. СТ с генераторов ТЭС снимает со щёточных аппаратов ток амплитудой до 24 кВ.

Дальнейшее повышение амплитуды происходит в СТ до классов: 110 – 1150 кВ. По территории России ЛЭП работают амплитудой: 10 – 1050 кВ. Потребителям по ВЛ понижающими устройствами ток подаётся амплитудой: 0,4 -10 кВ промышленного назначения, 220 – 380 В сферы ЖКХ, населению МКД, частных секторов.

Схема передачи электроэнергии

В сетях подстанций происходит многократного цикла трансформация электричества. Она меняется регулярно мощными СТ. Их потенциал, амплитуды в 30 раз выше, снятой со щёточных аппаратов генераторов ТЭС, ГЭС, АЭС, ВЭС.

Промышленный СТ поддерживает постоянной частоту тока 50 (+/- 1%) Гц. Предел отклонения по ПУЭ держат 1% по причине выхода из строя всех установок потребителей. СТ промышленного применения делают 3-фазного исполнения.

Для 1-фазной сети производят 1-фазные устройства.

Расшифровка маркировки

Расшифровка маркировки, для увеличения схемы нажмите на неёДля увеличения таблицы нажмите на неё

По числу и схеме соединения обмотки

СТ состоят из 2 или нескольких обмоток. Они индуктивно связаны внутри аппарата. Передающие силовые обмотки электрическую мощность потребителям, называют вторичной обмоткой. Многофазного типа силовая установка обмотками соединяется в звезду многими лучами. 3-фазные трансформаторы соединяются 3-лучевой схемой звезды, треугольник.

Мощность трансформатора

Нагрузка СТ рассчитывается условиями неисправности 1 из 2 СТ. 2 СТ обеспечивает потребителя электричеством. Он выдаёт проектную мощность, поддерживает: заданную частоту электрического тока, нормальное напряжение, силу тока, коэффициент φ=0,8. Трансформаторы создают электрическое питание с учётом перегрузочной способности.

Также читайте:  Измерительный трансформатор тока

Как выбрать

Показатели характерные СТ для строительства, монтажа ТЭС, ГЭС, АЭС, ДЭС являются: мощность, надёжность электрического питания.

По отдельным категориям потребителей электричества важным фактором является надёжность электроснабжения. При подборе устройств уделяют внимание защите ЛЭП.

Высокая степень финансовой эффективности СТ – проектирование оптимальной сети распределительных устройств: ОРУ, ЗРУ, ВРУ по передаче электроэнергии.

К затратам покупки, обслуживания трансформаторов относят устройства преобразования электроэнергии. Предприятие на перспективу развивает, проводит реконструкцию производства. Меняются требования по технической оснащённости электрических сетей характеристики силовых трансформаторов.

Обеспечение бесперебойного питания предприятия делается установкой второго СТ. 1-ый находится постоянно в работе. 2-ый считается резервным. Периодически 1 из 2 аппаратов выводят в капитальный, средний, текущий ремонт, наладку, на испытания сетей, оборудования.

На предприятии устанавливают 2 агрегата с условием работы каждого аппарата с коэффициентом загрузки мощности 0,7 от номинального параметра. При выходе из строя 1 работающего аппарата из 2. Один аппарат постоянно переводится в режим резерва. При эксплуатации возникают: неисправности, проблемы с защитами, нарушения в работе оборудования РУ, подстанции.

2 работающий агрегат становится под перегруз мощности в 1,4 раза, т.е второй трансформатор можно перегружать только на 40%.

Защиты трансформатора

Ставятся стандартного типа защиты по ПУЭ:

  1. Токовая защита нулевой последовательности от внешних замыканий на землю п.3.2.63.
  2. Защиту от токов, вызванных внешними КЗ п.3.2.64.
  3. Оперативное ускорение защиты от токов, обусловленных внешними КЗ с выдержкой времени 0,5 сек п.3.2.65 (АТ подстанций, блок-генератор СТ).
  4. Газовая защита добавочного трансформатора п.3.2.71.
  5. Защита контактного устройства РПН с реле давления, отдельным газовым реле п.3.2.71.
  6. Дифференциальная токовая защита цепей стороны низшего напряжения (АТ) п.3.2.70 – 3.2.71.
  7. Дифференциальная защита перегруза фаз.
  8. От внутренних повреждений: уровень + давление масла, температура обмотки, стали сердечника, наличию газов.

Панель защит СТ:

Условия эксплуатации

СТ требуется высокая степень надёжности с большими значениями напряжения, мощности. Это влияет на качество эксплуатации, профилактику.

Делаются регламентные работы правильного, полного технического обслуживания, ремонта, испытаний, наладки. Трансформаторы и оборудование находятся в месте постоянного дежурства персонала.

Графиками ежедневного осмотра, приборами контроля, измерения проверяется состояние работы электрической сети, трансформаторов.

Контролируют показания датчиков приборов, измеряют:

  • Температуру.
  • Давление.
  • Уровень масла.
  • Степень истощённости влагопоглотителей.
  • Состояние регенераторов масла.

Также читайте:  Трёхфазный масляный трансформатор – ТМН

Проверяется потёки масла в каре трансформатора, ОРУ, ЗРУ, механические повреждения в корпусе, фланцевых местах соединений (масла, охлаждающей жидкости), радиаторов, вентиляторов, участков труб.

Контролируется число работающих вентиляторов, уровень масла в газоанализаторе при определённой нагрузке трансформатора. Для каждого режима даётся своё количество работающего оборудования, параметры охлаждающей среды, газа, воды, масла.

В устройствах с постоянным дежурством персонала, осмотры делаются реже: 1 раз в 30 дней. Не реже 1 раза в ½ года делается осмотр ОРУ, ВРУ, ЗРУ, трансформаторных пунктов.

По графику обслуживания, при ТО доливается масло, смена непригодного трансформаторного масла новым составом. Определяется качество масла химическим лабораторным анализом. В ПУЭ, инструкции трансформаторов, оборудования даются критерии к требованиям масел, визуальному осмотру, цвету. При аварийных режимах, резкой смене температуры наружного воздуха делаются внеплановые осмотры.

Проверке подлежит защита. 1 раз в 365 дней, капитальный ремонт берут на лабораторный анализ масло. Периодичность ТО устройств регулирования напряжения силовых трансформаторов связана с проверкой контактов меди, латуни окисляемости. Делается им профилактика, зачистка, смазка, переборка, подтяжка динамометрическим ключом для уменьшения переходного сопротивления в контактном узле.

С целью смены плёнки окислов 2 раза в 365 дней отключают трансформаторы от электроэнергии, снимают их нагрузку на 0, переключатели ставят во всевозможные регулируемые положения по нескольку раз. Методы смены положений делают в переходный осенний зимний период до максимального набора нагрузки.

Требования к распределительным устройствам: ОРУ, ЗРУ, ВРУ

ЛЭП подключается с ввода удалённой подстанции. Распределительные устройства: ОРУ, ВРУ, ЗРУ рассчитывают на протяжённость участка линии. СТ, ВЛ в РУ защищают от перенапряжения, токов короткого замыкания.

Между РУ генерации электроэнергии и потребителем ставятся системы понижения напряжения. На 2 узлах: РУ, электрической подстанции ставятся мощные сивые установки.

Они занимаются трансформацией электроэнергии большой мощности.

К промышленным относят мощные установки:

  1. Силовые трансформаторы.
  2. Автотрансформаторы.

Транспорт электрической энергии на далёкие расстояния требует уменьшать потери в РУ, оборудовании, магистральной сети. Применяется метод трансформации электричества. С генераторов электрический ток подаётся в СТ. Повышается напряжение до амплитуды ЛЭП.

Также вы можете прочитать информацию в книге, со страницы 55 до 76: Открыть книгу для чтения

Источник: https://OFaze.ru/elektrooborudovanie/silovoj-transformator

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.