Главная страница

Л. Н. Гумилев атындаЎы еу хабаршысы Вестник ену им. Л. Н. Гумилева, 2011, №6


Скачать 136.28 Kb.
НазваниеЛ. Н. Гумилев атындаЎы еу хабаршысы Вестник ену им. Л. Н. Гумилева, 2011, №6
Дата08.02.2016
Размер136.28 Kb.
ТипДокументы



Л.Н. Гумилев атындаЎы ЕУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2011, №6
Т.С. Герасименко

Причины возникновения и способы снижения основных и добавочных потерь в

потребительских трансформаторах напряжением 10/0,4 кВ

( Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, г. Астана, Казахстан )

В статье рассматриваются актуальные на сегодняшний день вопросы по сбережению электрической энергии в силовых

трансформаторах напряжением 10/0,4 кВ, эксплуатирующихся длительное время в сельских районах Казахстана.

Подробно рассмотрены причины возникновения различного рода потерь появляющихся в процессе работы данных

трансформаторов, а также представлены различные способы их устранения.

Силовые трансформаторы являются одними из важных и ответственным элементов

основного электрооборудования электрических станций, подстанций электроэнергетических

систем и промышленных предприятий, оказывающих существенное влияние на

экономичность и надежность электроснабжения.

Конструктивной основой любого силового трансформатора является магнитопровод

(сердечник) на котором устанавливаются обмотки, крепление отводов, переключатели и

некоторые другие элементы конструкции силового трансформатора. Магнитопровод

набирается из изолированных друг от друга листов специальной электротехнической стали и

представляет собой магнитную цепь силового трансформатора. Передача мощности от одной

обмотки к другой происходит электромагнитным путем, при этом часть мощности,

поступающей к трансформатору из питающей электрической сети, теряется в

трансформаторе. Потерянную часть мощности называют потерями [1].

Потери мощности в трансформаторе являются одной из основных характеристик

экономичности конструкции трансформатора. Полные нормированные потери, которые

относятся к основным, состоят из потерь холостого хода (XX) и потерь короткого замыкания

(КЗ). При холостом ходе, когда ток протекает только по обмотке, присоединенной к

источнику питания, а в других обмотках тока нет, мощность, потребляемая от сети,

расходуется на создание магнитного потока холостого хода, т.е. на намагничивание

магнитопровода [2].

Потери в стали, зависят не только от мощности трансформатора, типа стали, но и от

качества выполнения соответствующих производственных операций при сборке

трансформатора. Например, применяемая сейчас практически для всех трансформаторов

холоднокатаная сталь весьма чувствительна к механическим воздействиям. Даже при резке и

штамповке пластин происходит ухудшение магнитных свойств стали в зоне реза. Удары по

стали, перегибы пластин, наклеп легко нарушают ориентацию кристаллов, увеличивают

удельные потери и намагничивающую мощность. Опыт показывает, что удельные потери в

стали трансформатора в 1,3-1,5 раза выше, чем в исходном материале.

При проведении ремонтных работ магнитопровода трансформатора, т. е. при расшихтовке и

повторной шихтовке его верхнего ярма, сталь очень легко может вновь повредиться. Именно

на этих операциях сборщик должен проявить особую осторожность и аккуратность при

обращении с пластинами стали, не допуская механических повреждений. Чем осторожнее

обращается сборщик с пластинами, тем меньше потери холостого хода в собранном

трансформаторе [3].

Для силовых трансформаторов, находящихся в эксплуатации длительное время, потери

холостого хода, в большинстве случаев, превышают значения, полученные при заводских

испытаниях. Связано это с тем, что затрачиваемая в процессе перемагничивания

электрическая энергия выделяется в виде тепла, что и приводит к нагреванию сердечника и

других элементов конструкции силовых трансформаторов. Повышение температуры

сердечника в течение длительного времени способствует структурным изменениям,

называемым процессами старения, в результате чего ухудшаются магнитные свойства

электротехнической стали (в частности увеличиваются потери холостого хода).

Анализ проведенных исследований паспортных и фактических данных потерь холостого хода
138



Т.С. Герасименко
силовых трансформаторов различной номинальной мощности, находящихся в эксплуатации

30 лет и более на одном из предприятий электрических сетей Павлодарской области показал,

что с увеличением срока службы силовых трансформаторов сверх установленного, потери

холостого хода увеличиваются и могут превышать 50-60% от каталожных данных [1].

Имеющаяся по силовым трансформаторам информация указывает на то, что в настоящее

время большая часть потребительских трансформаторов, эксплуатирующихся в подстанциях

сельскохозяйственного назначения имеет срок службы намного превышающий нормативный

(25 лет).

Из-за практической невозможности замены всех отработавших нормативный срок силовых

трансформаторов, связанной, в первую очередь, с отсутствием на предприятиях необходимых

денежных, актуальной проблемой на сегодняшний день является поддержание

работоспособности и дальнейшее продление их срока службы, а также снижение

электрических потерь [1]. Одним из современных способов уменьшения потерь, применяемом

в некоторых российских энергетических предприятиях, является бесконтактная лазерная

обработка поверхности пластин магнитопровода с помощью CO2, которая позволяет

значительно снизить удельные потери в стали [4].

В трансформаторах кроме основных потерь в обмотках и стали, в процессе эксплуатации,

возникают потери, называемые добавочными.

Добавочные потери помимо снижения коэффициента полезного действия, вызывают

значительные местные перегревы. Установлено, что градиент добавочных потерь с

увеличением мощности трансформаторов растет быстрее по сравнению с ростом основных

потерь, поэтому в трансформаторах большой мощности добавочные потери становятся

соизмеримыми и даже превосходят основные потери [5].

Роли добавочных потерь в трансформаторах в настоящие время в связи с быстрым ростом

количества и мощности потребителей придается большое значение. Одной из основных

причин возникновения добавочных потерь являются вихревые токи, вызываемые

магнитными потоками рассеяния в обмотках трансформатора, а также потоки нулевой

последовательности, появляющиеся в стенках бака и металлических элементах конструкции в

трехфазном трансформаторе со схемой соединения обмоток "звезда-звезда с нейтральным

проводом", при несимметрии нагрузок по фазам.

Поля рассеяния помимо добавочных потерь в обмотках, вызывают потери в стенках бака,

прессующих кольцах, ярмовых балках и других элементах конструкции трансформатора.

При равномерном распределении магнитодвижущих сил поток рассеяния пойдет вдоль

обмоток, достигнет прессующего кольца и нижней консоли ярмовой балки и затем замкнется

через стержень и через стенку бака трансформатора [6].

При неравномерном распределении нагрузок по фазам трёхфазной системы, потери

электроэнергии больше, чем при симметричной нагрузке. Равномерность загрузки фаз

должна быть обеспечена в первую очередь за счёт правильного распределения однофазных и

трехфазных нагрузок по фазам. Вторым мероприятием для уменьшения несимметрии в сетях

напряжением до 1000 вольт является установка различных симметрирующих устройств,

устанавливаемых в электрической сети или непосредственно на эксплуатируемый

трансформатор. Экономическая целесообразность второго мероприятия определяется

соотношением между затратами на установку симметрирующего устройства и стоимостью

сэкономленной электроэнергии в результате устранения асимметрии нагрузки.

Мероприятия по выравниванию нагрузки фаз целесообразно проводить в трансформаторах,

загруженных более чем на 30 % номинальной мощности, иначе неравномерностью нагрузки

можно пренебречь, так как нагрузочные потери незначительно превышают потери холостого

хода [7].

Одним из способов симметрирования фазных напряжений является замена (при выполнении

капитального ремонта) стального бака трансформатора на алюминиевый. Это позволяет

уменьшить потери от потоков нулевой последовательности и тем самым увеличить к.п.д.
139



Л.Н. Гумилев атындаЎы ЕУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2011, №6
трансформатора [8].

Величина добавочных потерь от потоков рассеивания, которые по мере приближения к

стенкам бака быстро затухают, и в следствие этого в стенки бака проникает не более 10%

полного потока рассеивания менее значительна, чем от потоков нулевой последовательности,

поэтому последние рассмотрим более подробно.

Магнитное поле при несимметричной нагрузке можно в линейном приближении представить

в виде суммы полей, образованных токами прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Токи прямой последовательности в первичной и вторичной обмотках уравновешивают друг

друга не полностью. За счет некомпенсированных частей первичных токов прямой

последовательности, представляющих собой намагничивающие токи

IA1+Ia1, IB1+Iв1, IC1+Ic1 , образуется симметричная система потоков прямой

последовательности ФA1, ФB1, ФC1 . Эта система потоков обладает всеми свойствами потоков

в симметрично нагруженных трехфазных трансформаторах, особенно существенно, что

сумма этих потоков равна нулю [9]:


ФA1+ФB1+ФC1= 0
и, следовательно, они могут свободно замыкаться в магнитопроводе любого типа.
(1)

Тоже самое, можно сказать и о системах токов обратной последовательности в первичной и

вторичной обмотках. Эти токи также не полностью уравновешивают друг друга и образуют

симметричную систему потоков обратной последовательности:


ФA2+ФB2+ФC2= 0
(2)


Токи нулевой последовательности протекая только по вторичным обмоткам трансформатора,

являясь намагничивающими создают в каждом стержне магнитной системы трехфазного

трансформатора потоки нулевой последовательности Фоп равные и одинаково направленные

ФA0 = ФB0 = ФC0 = Фоп , поскольку Iao = Iвo = Ico = Iоп . Вследствие этого поток нулевой

последовательности, имеющий место в любом из стержней трехстержневой магнитной

системы трансформатора, не может замкнутся через другие, так как в каждом из них он

встречает поток прямой или обратной последовательности, равный ему по значению, но

направленный противоположно, в результате он вынужден замыкаться по воздуху от ярма к

ярму через окружающие обмотки пространство, то есть по пути с большим магнитным

сопротивлением, как показано на рисунке 1. Замыкание потока Фоп через крепежные детали

и стенки кожуха или бака трансформатора вызывает в них дополнительные потери на

вихревые токи [10].

Наличие бака в трехстержневом трансформаторе из ферромагнитного материала приводит к

увеличению сопротивления нулевой последовательности.

1- магнитопровод, 2- обмотки высшего и низшего напряжения, 3 - бак трансформатора из

ферромагнитного материала (сталь)

Рисунок 1 - Картина распределения поля, созданного током нулевой последовательности, в

трансформаторе без СУ
140




Т.С. Герасименко
При установке на трансформатор симметрирующего устройства, выполненного в виде

алюминиевого бака, картина распределения потока нулевой последовательности меняется.

Так как алюминий является немагнитным металлом (парамагнетик) и в отличие от

ферромагнетика он не обладает начальной намагниченностью при отсутствии внешнего

магнитного поля, значит, потоки нулевой последовательности, замыкаясь по баку

выполненного из алюминия не будут усиливаться, так как коэффициент магнитной

проницаемости алюминия µ =1,000024, в связи с этим уменьшится площадь, охватываемая

силовыми магнитными линями как показано на рисунке 2.

1- магнитопровод, 2- обмотки высшего и низшего напряжения, 3 - бак трансформатора из

парамагнитного материала (алюминий)

Рисунок 2 - Картина распределения поля, созданного током нулевой последовательности, в

трансформаторе с СУ
Применение данного симметрирующего устройства на эксплуатируемых в сельском хозяйстве

трансформаторах позволяет уменьшить параметры нулевой последовательности в три и более

раза, благодаря чему добавочные потери от потоков нулевой последовательности

уменьшаются в 2,2 раза и на такую же величину увеличивается ток однофазного короткого

замыкания, что дает возможность выбора на ступень меньше мощности трансформатора с

симметрирующим устройством, так как селективность защиты будет обеспечена [11].
ЛИТЕРАТУРА
1. Кургузова С.Н. "К вопросу о старении магнитных систем силовых трансформаторов"//

Вестник Павлодарского Государственного Университета 2005. №1.- С. 117.

2. Справочник электрика. Потери мощности в трансформаторе. http://electricalschool.info

3. Способы уменьшения потерь в трансформаторе.

http://leg.co.ua/transformatori/praktika/sposoby-umensheniya-poter-v-transformatore.html

4. Буханова И.Ф., Дивинский В.В., Журавль В.М., Лазерная обработка пластин

магнитопроводов силовых трансформаторов.// Электроэнергетика №1, 2004. - 39-42 с.

5. Лейтес Л.В. Добавочные потери в обмотках трансформаторов// Трансформаторы, 1960. -

Вып. 5.

6. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. - Л.: "Энергия", 1970. - 432

с.

7. Фёдоров А.А., Каменева В.В. "Основы электроснабжения промышленных

предприятий"Москва: Энергоиздат, 1984. - 472 с.

8. Предварительный патент РК. №17016. Трехфазный трансформатор

Шпилько Ю.Е., Герасименко Т.С.; - опубл. 15.02.2006, Бюл №2.

9. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980. - 928 с.

10. Сергеенко Б.Н., Киселёв В.М., Акимова Н.А. Электрические машины. Трансформаторы. -

М.: Высш. шк., 1989. - 352 с.

11. Герасименко Т.С. "Улучшение эксплуатационных характеристик трансформаторов 10/0,4

кВ со схемой соединения обмоток "звезда-звезда с нейтральным проводом"с помощью
141



Л.Н. Гумилев атындаЎы ЕУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2011, №6
симметрирующего устройства. Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук, Алматы, 2008 г.

Герасименко Т.С.

Кернеуi 10/0,4 кВ тґтынушы трансформаторларындЎы негiзгi және ©осамша шыЎындарды пайда болу

себептерi және т°мендету тәсiлдерi

Бґл ма©алада аза©станны ауылды© аудандардаЎы ґза© уа©ыт б°лiп пайдаланылЎан 10/0,4 кВ кернеулi кіштiк

трансформатордаЎы электiрлiк ©уатын інемдеу бойынша бігiнгi тадаЎы актуалды сґра©тар ©арастырылЎан.

Осы трансформаторды жґмыс барысында аны©талЎан әртірлi шыЎындарды пайда болу себебi на©ты ©арастырылЎан

сондай - а© оларды адын алу әдiстерi к°рсетiлген.

Gerasimenko T. S.

Reasons of the origin and ways of the reduction main and additional losses in consumer transformer by

voltage 10/0,4 kv.

In article are considered actual for present-day questions on saving of the electric energy in power transformer by voltage

10/0,4 kilovolt, exploited long time in rural region Kazakhstan.

Is it In detail considered reasons of the arising the different sort of the losses coming up for process of the work data

transformer, as well as are presented different ways of their removal.
Поступила в редакцию 12.10.2011

Рекомендована к печати 19.10.2011

142