Введение. Электрическая энергия имеет ряд преимуществ перед другими формами энергии

Электрическая энергия имеет ряд преимуществ перед другими формами энергии. Она легко преобразуется в механическую, световую, химическую и другие формы энергии, экономично передается на большие расстояния, распределяется между любым числом приемников энергии различной мощности. Поэтому электрическая энергия получила широкое применение во всех областях народного хозяйства — в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и др.

В промышленности на основе электрификации все шире внедряется комплексная механизация и автоматизация производственных процессов. Интенсивно развивается электротехнология — электротермические и электролитические способы получения и обработки металлов. С каждым годом вступают в строй все новые и новые автоматические линии машин, цехи и заводы-автоматы. С помощью электроэнергии осуществляется электросварка, закалка стали токами высокой частоты и др.

Процесс производства и передачи электроэнергии является столь динамичным и постоянно подверженным случайным возмущающим воздействиям, что без автоматического управления его функционирование невозможно. Такие его особенности, как равенство в каждый момент времени генерируемой и случайно изменяющейся, требуемой нагрузкой, мощностей, время от времени возникающие короткие замыкания, высокая быстротечность электромагнитных и электромеханических переходных процессов, обусловили развитие технических средств автоматического управления еще в начальный период становления электроэнергетики. Под автоматическим понимается управление процессом производств, передачи и потребления электроэнергии в целом без непосредственного участия человека.

На современном этапе автоматическое управление производится отдельными электроэнергетическими объектами и их взаимодействующими совокупностями. Управление процессом производства и передачи электроэнергии в целом пока еще осуществимо лишь при некотором оперативном вмешательстве человека-диспетчера электроэнергетической системы (ЭЭС). Такое управление называется автоматизированным. Оно реализуется автоматизированной системой диспетчерского управления (АСДУ), важнейшей частью которой является управляющий вычислительный комплекс (УВК), расположенный на диспетчерском пункте (ДП) электроэнергетической системы.

Обычно электрические станции строятся вблизи естественных источников энергии, а потребители электроэнергии находятся за сотни и даже тысячи километров. Для уменьшения потерь энергии в проводах напряжения в линиях электропередачи обычно повышают до сотен кВ (110, 220, 500, 750 и 1150 кВ). На электростанциях электроэнергия вырабатывается при U =6.3-24 кВ. Номинальное напряжение большинства потребителей U_Н =220-600 В. Мощные электродвигатели работают при напряжении 3 и 6 кВ. Поэтому в начале и конце линии электропередачи устанавливаются трансформаторы. Таким образом, силовые трансформаторы — это трансформаторы, которые используются в автоматизированных системах передачи и распределения электроэнергии

Обычно переменный ток, проходя путь от генератора к потребителю, трансформируется 8-9 раз. Следовательно, суммарная мощность силовых трансформаторов в несколько раз превышает мощности всех генераторов, установленных на электростанциях.

Помимо передачи и распределения электрической энергии между потребителями силовые трансформаторы находят широкое распространение для специальных нагрузок: в различных выпрямительных, преобразовательных, защитных и других устройствах. Поэтому трансформаторы являются наиболее распространенными электротехническими устройствами.

Трансформатор — это статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого при неизменной частоте.

Принцип работы трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Конструктивно трансформатор состоит их двух или нескольких обмоток, связанных электромагнитно. Для усиления магнитной связи между обмотками трансформатора их располагают на стальном сердечнике.

Обмотку трансформатора, к которой подводится электрическая энергия, называют первичной. От другой обмотки энергия отводится, и ее называют вторичной. Все величины, относящиеся к первичной обмотке, называют первичными и обозначают индексом 1, а относящиеся к вторичной обмотке называют вторичными и обозначают индексом 2. Такой трансформатор называют двухобмоточным.

В общем случае . При трансформатор называют повышающим; при трансформатор называют понижающим.

Обмотку, присоединенную к сети более высокого напряжения, называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а обмотку, присоединенную к сети меньшего напряжения, называют обмоткой низшего напряжения (НН). Трансформатор, который преобразует однофазный ток, называют однофазным, если он преобразует трехфазный ток — трехфазным.

Проектирование нового трансформатора состоит из нескольких этапов: разработка эскизного проекта; технического проекта; рабочего проекта и конструкторско-технологической подготовки производства.

В отличие от реального проектирования в конструкторских бюро, учебное проектирование имеет свои особенности. Они заключаются в том, чтобы учащийся получил навыки правильного выбора основных размеров и конструктивных элементов отдельных частей трансформатора, удовлетворяющих требованиям задания на проектирование; освоил методы расчета всех технических данных трансформатора.

Для учебного проектирования часто используется не теоретические решения, а полуэмпирические формулы, которые сразу дают возможность найти такие основные размеры трансформатора, при которых наиболее вероятно удовлетворились бы требования задания на проектирование.

Промышленность выпускает большое количество трансформаторов различных типов, предназначенных для работы в самых разнообразных областях народного хозяйства. Для установления единых требований к трансформаторам, отражающих условия их эксплуатации, введен ряд государственных стандартов, которым должны соответствовать масляные трансформаторы. Основными в этом ряду являются следующие стандарты:

1) ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические требования.

2) ГОСТ 12022-76. Трансформаторы трехфазные силовые масляные общего назначения мощностью от 25 до 630 кВА на напряжение до 35 кВ. Технические условия.

3) ГОСТ 11920-85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения до 35 кВ. Технические условия.

4) ГОСТ 12965-85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 110 и 150 кВ. Технические условия.

5) ГОСТ 17544-85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения, классов напряжения 220, 330, 500 и 750 кВ. Технические условия.

Вопросы теории электромагнитных процессов, конструкции магнитопроводов, обмоток, изоляции, систем охлаждения, систем регулирования напряжения и методов испытания современных трансформаторов общего и специального назначения изложены в [1], вопросы проектирования — в [2].