Файл: Материалы для подготовки электромонтеров по ремонту и обслуживанию оборудования.pdf

77 симметричные составляющие несимметричной системы, сумма которых ей соответствует.
Симметричные составляющие, это:
– система прямой последовательности (фазы чередуются: А
1
– В
1
– С
1
);
– система обратной последовательности (фазы чередуются: А
2
– С
2
– В
2
);
– система нулевой последовательности (фазы А
0
– В
0
– С
0
совпадают).
В общем случае величины фазных ЭДС прямой, обратной и нулевой последовательности различны, и фазы векторов А, А
1
, А
2
и А
0 не совпадают.
Здесь вектор А – вектор фазы А исходной несимметричной системы.
В теории доказывается, что векторы А
0
, А
1
и А
2 могут быть получены из векторов А, В и С исходной несимметричной системы геометрическим суммированием:
А
0
= (1/3) × (А + В + С);
А
1
= (1/3) × (А + В × е
j120°
+ С × е
-
j120°
);
А
2
= (1/3) × (А + В × е
-
j120°
+ С × е
j120°
).
При симметрии трехфазной системы имеется только прямая последовательность.
Нулевая последовательность появляется при однофазных или двухфазных замыканиях на землю в сетях с заземленной нейтралью. Обратная последовательность появляется при междуфазных замыканиях Таким образом, появление нулевой и (или) обратной последовательности однозначно связано с возникновением аварийного
или ненормального режима работы и совместно с фактом появления
сверхтоков (токов КЗ) является дополнительным фактором фиксации
появления ненормальных и аварийных режимов. Для выявления нулевой и (или) обратной последовательности в трехфазной сети в энергетике применяют специальные фильтры.
Нулевая и обратная последовательности могут быть не только рассчитаны по приведенным формулам, но и измерены с помощью специальных измерительных схем, называемых фильтрами симметричных
составляющих (ФСС). На рисунке 1.43 показаны некоторые из широко

78 применяемых в электроэнергетике
ФСС: фильтр тока нулевой последовательности 3I
0
, фильтр напряжения нулевой последовательности
3U
0
, фильтр напряжения обратной последовательности.
Реле а)
А
В
С
3Io
А
Фаза А
фаза а
В
Фаза В
фаза b б)
3Uo
Реле
С
Фаза С
фаза с
В
С
Uр = kU
2
Реле в)
А
Рисунок 1.43 – Схемы простейших ФСС а) фильтр 3I
0
; б) фильтр 3U
0
– вторичная обмотка трансформатора напряжения соединена в разомкнутый треугольник; в) фильтр напряжения обратной последовательности.
Одно из требований, предъявляемых к устройствам релейной защиты
(УРЗА) называется чувствительностью. УРЗА должны четко реагировать на повреждения на защищаемых ими объектах. Симметричные составляющие, выделяемые из параметров режимов объектов, в значительной степени облегчают эту задачу, можно сказать, что появление составляющих нулевой

79 или обратной последовательности – это признаки возникновения ненормальных или аварийных режимов.
Понятие о высших гармонических составляющих
Синусоидально изменяющаяся величина, представленная как проекция конца вращающегося с постоянной скоростью вектора на перемещающуюся равномерно и поступательно вертикальную плоскость – самый простейший вид колебаний. При синусоидальном изменении процесс имеет самый
плавный, гармоничный ход протекания процесса. Чего нельзя сказать о протекании процесса при несинусоидальном характере изменении. Из математики известно, что периодическая несинусоидальная величина может быть представлена суммой ряда гармонических (синусоидальных)
колебаний с частотами, кратными (в целое число раз выше) основной.
Колебание с частотой, равной основной частоте, называется основной
(первой) гармоникой. Колебания с частотами, кратными основной, называются высшими гармоническими составляющими
(высшими гармониками). Если говорить об общепромышленной частоте 50 Гц, то несинусоидальное колебание с такой частотой также может быть разложено на синусоидальные (гармонические) составляющие, при этом 1 – я (основная) гармоника будет иметь частоту 50 Гц, вторая – 50 × 2 = 100 Гц, третья – 50 ×
3 = 150 Гц, четвертая – 50 × 4 = 200 Гц, и т. д.
Появление гармоник приносит в трехфазных цепях немалый вред. Так гармоники с номерами, кратными 3 (3 – я, 6 – я, 9 – я, ...) вызывают появление значительного тока в нулевом проводе четырехпроводных цепей (ток в нулевом проводе может даже быть выше фазного тока – и это
при симметричной по фазам нагрузке). В трехпроводных цепях, то есть цепях без нулевого провода, такие гармоники вызывают появление
смещения нейтрали (даже при симметричной нагрузке). Гармоники с номерами 2, 5, 8, ... образуют обратную последовательность, создающую в

80 двигателях поле, вращающееся в обратную сторону, то есть уменьшают мощность двигателя.
Откуда берутся высшие гармонические составляющие? Причина их возникновения
–
нелинейность
нагрузок
(резко нелинейными потребителями являются сварочные трансформаторы, дуговые электропечи, тиристорные преобразователи, импульсные источники питания электро –, радиоаппаратуры, газоразрядные лампы). В цепях с нелинейными элементами даже при синусоидальных питающих напряжениях возникают несинусоидальные токи и напряжения.
Источники питания (энергоснабжающие организации) стремятся к синусоидальности выходного напряжения, а потребители должны стремиться к синусоидальности входного тока. Особенно актуальной эта проблема становится в последние годы, всвязи с государственной политикой
отказа от ламп накаливания, как энергонеэффективных, и перехода на газоразрядные лампы. Уже сейчас такие потребители, как мощное освещение дворцов спорта, стадионов, выставочных комплексов и т.п., создают проблемы для энергоснабжающих организаций, так как при этом от низкого качества электроэнергии (гармонический состав) страдают другие, близко подключенные потребители. Из – за падений напряжения от гармоник тока на выходном сопротивлении источника питания близко подключенные потребители получают несинусоидальное напряжение, а они имеют полное право требовать от поставщика электроэнергии ее соответствие ГОСТ – у на нормы качества электроэнергии. Нелинейные потребители, искажающие синусоиду своего входного тока, пока почти не борются с гармониками в потребляемом токе, они в этом не заинтересованы экономически (штрафные санкции практически не применяются). У энергоснабжающих организаций одним из эффективных способов борьбы с гармониками, кратными трем в магнитных потоках (а, следовательно, во вторичном напряжении) силовых трехфазных трансформаторов является соединение обмотки низшего напряжения в треугольник.

81

82
Понизительные и повысительные, разделительные.
Масляные трансформаторы классифицируются по системам охлаждения: естественное масляное (М), с дутьевым охлаждение (Д); с принудительной циркуляцией масла и дутьевым охлаждением радиаторов (ДЦ); с направленной циркуляцией масла и дутьем (НЦ); с водяным охлаждением
(Ц).
Все особенности классификации трансформаторов находят отражение в обозначении типа силового трансформатора. Примеры обозначений:
ТМ – 40 – 10 ± 10% / 0,4 – Δ/Υ – 11 – трехфазный (понятие
«трансформатор» в типе не отражается, говорят – трансформатор типа …); система охлаждения типа М; мощность 40 кВА; напряжения 10 ± 10% кВ и 0,4 кВ; первичная обмотка соединена в Δ, вторичная – в Υ; группа соединения – 11;
ИОМ – 100 – испытательный однофазный; система охлаждения типа М; напряжение 100 кВ (это повысительный трансформатор);
ТД – 6300 – 35 ± 2 × 5% / 10,5 – Υ / Δ – 11 – трехфазный; система охлаждения типа Д; мощность 6300 кВА; напряжения
35 ± 2 × 5% кВ и 10,5 кВ; схема и группа соединения обмоток – Υ / Δ – 11;
ТРДН – 40000 – 110 ± 4 × 2,5% / 11,0 – Υ / Δ – 11 – трехфазный с расщепленной обмоткой НН; система охлаждения типа Д; с регулированием под нагрузкой; напряжения 110 ± 4 × 2,5% кВ и 11 кВ; схема и группа соединения обмоток – Υ / Δ – 11;
АТДЦТН – 125000 – 220 / 110 ± 10 × 1,25% / 10,5 – Υ
0
– авто / Δ – 12 – 11
– автотрансформатор трехфазный; система охлаждения типа
ДЦ; трехобмоточный; с регулированием под нагрузкой; напряжения 220 кВ, 110 ± 10 × 1,25% кВ и 10,5 кВ; схема и группа соединения обмоток – Υ
0
– авто / Δ – 12 – 11;
АОДЦТНГ – 135000 – 500 / 220 /35 – автотрансформатор однофазный;

83 система охлаждения типа ДЦ; трехобмоточный; с регулированием под нагрузкой (в трехфазную группу для регулирования под нагрузкой включен вольтодобавочный трансформатор); грозоупорный (обмотка ВН имеет грозоупорные кольца); напряжения 500 кВ, 220 кВ и 35 кВ.
Наибольшее распространение в качестве силовых трансформаторов для
ПС получили масляные трансформаторы. Трансформаторное масло выполняет роль и изоляции и охлаждающей среды. Среди жидкостей такое сочетание изоляционных (высокая электрическая прочность) и охлаждающих свойств (высокий удельный теплосъем) больше не встречается ни у одной.
Немаловажным является и способность выполнять свои функции при низких температурах окружающей среды. Правда, имеются и недостатки, например, пожароопасность, довольно высокая гигроскопичность (вбирание влаги из воздуха при контакте с влажным воздухом), повышение вязкости при понижении температуры, старение (появление осадка – шлама) в процессе работы, но, как говорится, не бывает одних плюсов, как и не бывает одних минусов. Трансформатор – это преобразователь электроэнергии с одними параметрами в электроэнергию с другими параметрами. Любое преобразование энергии невозможно без потерь. Теряемая при любых преобразованиях энергия превращается в тепло. Из всех видов преобразователей трансформаторы имеют наивысший коэффициент полезного действия (КПД). Вероятно, потому, что при трансформировании не изменяется вид энергии – была электрической, электрической и остается, меняются только ее параметры. В мощных трансформаторах КПД может достигать 99% и выше. Но, несмотря на даже такой высокий КПД (потери в процентном отношении небольшие), проблема отвода тепла существует и в трансформаторах. Тепло может отводиться только в окружающую среду – в воздух (даже и в случае промежуточной охлаждающей среды при водяном охлаждении). Трансформаторы напряжением 10 кВ выполняют, как правило, с охлаждением типа М, 35 кВ – типа М или Д (в зависимости от мощности);

84 110 кВ – с охлаждением типа Д (при больших мощностях – ДЦ); 220 кВ и выше – с охлаждением типа ДЦ или НЦ. В системе НЦ (направленная циркуляция масла) охлажденное в выносных радиаторах охлаждения масло за счет перекрытия всех остальных каналов (в первую очередь, вдоль стенок бака) направляется в каналы обмоток и магнитопровода, то есть именно туда, где теплосъем наиболее нужен. Охлаждение типа Ц (водяное охлаждение масляных радиаторов) на ПС практически не применяется. Единичные (в одном баке) мощности трансформаторов достигают очень больших величин
– до 250 МВА и более и ограничиваются только возможностями их
транспортирования железнодорожным транспортом.
Еще немного о терминах: трансформатор состоит из бака, активной части, вводов и радиаторов охлаждения. Под активной частью понимается совокупность магнитопровода с обмотками. Те части магнитопровода, на которых расположены обмотки, называются стержнями, а те части магнитопровода, на которых нет обмоток, называются ярмами.
Магнитопроводы для силовых трансформаторы для ПС за очень редким исключением выполняют плоскими трехстержневыми.
Эволюция конфигураций магнитопроводов трехфазных трансформаторов от группы из трех однофазных до плоского трехстержневого показана на рисунке 3.1. На рисунке 3.1 а) показан трехфазный трансформатор в виде группы из трех однофазных; далее (рисунок 3.1 б)) обмотки в каждом отдельном трансформаторе расположены на одном стержне, а свободными (без обмоток) частями магнитопровода трансформаторы сближены и свободные стержни превращены в единое ярмо.
A
B
C a b c a)