Обмотки силовых трансформаторов выполняют, как правило, в виде цилиндров, размещаемых на стержне концентрически: ближе к стержню обычно располагают обмотку НН (требующую меньшей изоляции от стержня), а снаружи—обмотку ВН.

Обмотки разделяют на несколько типов:

1. Цилиндрические однослойные или двухслойные обмотки из провода прямоугольного сечения (рис. 3а) используют главным образом в качестве обмоток НН на номинальный ток до 800 А.

2. Винтовые одно- и многоходовые обмотки выполняют из нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения. При этом витки укладывают по винтовой линии, имеющей один или несколько ходов (рис. 3б).

3. Непрерывные обмотки (рис. 3в) состоят из отдельных секций, намотанных по спирали и соединенных между собой без пайки. Непрерывные обмотки получили наибольшее применение, что объясняется их большой механической прочностью и надежностью.

В трансформаторах с масляным охлаждением магнитопровод с обмотками помещен в бак, наполненный трансформаторным маслом (рис.4). Трансформаторное масло, омывая обмотки 2 и 3 и магнитопровод 1, отбирает от них теплоту и, обладая высокой теплопроводностью, через стенки бака 4 и трубы радиатора 5 отдает ее в окружающую среду. Наличие трансформаторного масла обеспечивает более надежную работу высоковольтных трансформаторов, так как электрическая прочность масла намного выше, чем воздуха. Масляное охлаждение интенсивнее воздушного, поэтому габариты и вес масляных трансформаторов меньше, чем у сухих трансформаторов такой же мощности.

Для компенсации объема масла при изменении температуры, а также для защиты масла от окисления и увлажнения при контакте с воздухом применяют расширитель 9,представляющий собой цилиндрический сосуд, установленный на крышке бака и сообщающийся с ним. Колебания уровня масла с изменением его температуры происходят не в баке, который всегда заполнен маслом, а в расширителе, сообщающемся с атмосферой.

Обмотки трансформатора с внешней цепью соединяют вводами 7 и 8. В масляных трансформаторах для вводов обычно используют проходные фарфоровые изоляторы. Такой ввод снабжен металлическим фланцем, посредством которого он крепится к крышке бака. К дну бака прикреплена тележка, позволяющая перемещать трансформатор в пределах подстанции. На крышке бака расположена рукоятка переключателя 6, с помощью которого можно изменять коэффициент трансформации. Это бывает необходимо делать для регулирования напряжения в электрической сети.

Потери и КПД трансформатора. В процессе трансформирования электрической энергии часть ее теряется в трансформаторе. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические (нагрузочные) потери обусловлены нагревом обмоток трансформаторов при прохождении по ним электрического тока. Мощность электрических потерь пропорциональна квадрату тока и определяется суммой потерь в первичной и вторичной обмотках.

Нагрузочные потери определяются по выражению:

где

- паспортный параметр трансформатора, называемый потерями короткого замыкания; S-мощность, передаваемая через трансформатор;

- номинальная мощность трансформатора.

Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки S трансформатора.

Магнитные потери возникают в магнитопроводе трансформатора. Их причина - систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Перемагничивание вызывает два вида магнитных потерь: потери от гистерезиса, связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода, и потери от вихревых токов, наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода.

С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора выполняют из магнитно-мягкого ферромагнитного материала — тонколистовой электротехнической стали. При этом магнитопровод делают шихтованным в виде пакетов из тонких пластин, изолированных с двух сторон тонкой пленкой лака.

При неизменном первичном напряжении магнитные потери, называемые иначе потерями холостого хода

постоянны, т. е. не зависят от нагрузки трансформатора.

Суммарные потери в трансформаторе определяются по формуле:

. (3)

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется как отношение активной мощности

вторичной обмотки (полезная мощность) к активной мощности

первичной обмотки (подводимая мощность):

где

- определяется по формуле (3).

Активную мощность вторичной обмотки можно найти по выражению:

где

-линейные значения напряжения и тока;

- коэффициент мощности;

-мощность вторичной обмотки.

Учитывая, что

, можно получить выражение для расчета КПД трансформатора:

. (4)

Анализ формулы (4) показывает, что КПД трансформатора зависит от коэффициента его загрузки

и от характера (

) нагрузки. Эти зависимости иллюстрируются графиками, приведенными на рис.6.

Экономия электроэнергии в трансформаторах. На подстанциях могут устанавливаться несколько трансформаторов, работающих параллельно. В этом случае суммарные потери в них определяются по формуле:

, (5)

где n –число параллельно работающих трансформаторов.

Экономия электроэнергии за счет снижения потерь может быть достигнута параллельным включением трансформаторов при увеличении нагрузки. На рис.7 показаны зависимости потерь активной мощности в одном и двух параллельно работающих трансформаторах от их нагрузки S. Так как потери мощности в одном трансформаторе согласно (5) равны

, (6)

а в двух параллельно включенных трансформаторах

(7)

то равенство

будет иметь место при нагрузке, равной

. (8)

3. ЗАДАНИЕ НА РАСЧЁТ

1.Для заданной максимальной нагрузки

выбрать необходимую мощность трансформаторов, параметры которых представлены в табл.1.

2. Для выбранного трансформатора построить зависимости суммарных потерь от нагрузки для одного трансформатора и двух, включенных параллельно.

3. Для графика нагрузки в относительных единицах, приведенного на рис.8, и заданной максимальной мощности

определить число включенных трансформаторов, обеспечивающее в течение суток минимальные потери электроэнергии.

4.Рассчитать зависимость КПД трансформатора от нагрузки при заданном значении

Таблица 1

Параметры трансформаторов

№	Тип и мощность, кВА	Р_х, кВт	Р_к, кВт
1	ТМ–25	0.125	0.6
2	ТМ–40	0.180	0.88
3	ТМ–63	0.265	1.28
4	ТМ–100	0.365	1.97
5	ТМ–160	0.540	2.65
6	ТМ–250	0.780	3.7
7	ТМ–400	1.080	5.5
8	ТМ–630	1.680	7.6

Рис.8. График нагрузки в процентах

4.РЕШЕНИЕ

Задана максимальная нагрузка

. Выбор мощности трансформаторов осуществляется по двум условиям:

1.В нормальном режиме работы суммарная номинальная мощность трансформаторов

должна превышать

2.В аварийном режиме при отключении одного трансформатора оставшийся в работе должен обеспечить (с учетом 40% перегрузки) передачу мощности

Следовательно условия выбора трансформаторов можно записать в виде:

Расчёт оптимальной загрузки трансформаторов (стр. 2 из 3)

Таблица 1

Параметры трансформаторов