А. М. Дымков расчет и конструирование трансформаторов допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебник
| Вид материала | Учебник |
- Г. Г. Почепцов Теоретическая грамматика современного английского языка Допущено Министерством, 6142.76kb.
- В. Г. Атаманюк л. Г. Ширшев н. И. Акимов гражданская оборона под ред. Д. И. Михаилика, 5139.16kb.
- A. A. Sankin a course in modern english lexicology second edition revised and Enlarged, 3317.48kb.
- Автоматизация, 5864.91kb.
- Н. Ф. Колесницкого Допущено Министерством просвещения СССР в качестве учебник, 9117.6kb.
- В. В. Виноградов Очерки по истории русского литературного языка XVII-XIX веков издание, 11316.28kb.
- А. Б. Долгопольский пособие по устному переводу с испанского языка для институтов, 1733.75kb.
- В. К. Чернышева, Э. Я. Левина, Г. Г. Джанполадян,, 563.03kb.
- В. И. Королева Москва Магистр 2007 Допущено Министерством образования Российской Федерации, 4142.55kb.
- Ю. А. Бабаева Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебник, 7583.21kb.
А. М. Дымков
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Допущено
Министерством высшего и среднего специального образования СССР
в качестве учебника для электротехнических техникумов
Издательство «ВЫСШАЯ ШКОЛА» Москва — 1971
Дымков А. М
Д88 Расчет и конструирование трансформаторов. Учебник для техникумов М «Высш. школа», 1971
264 с. с илл.
В книге излагается курс расчета и конструирования трансформаторов, составленный на основе программы предмета «Расчет и конструирование трансформаторов» для электротехнических техникумов, утвержденной научно-методическим кабинетом по высшему и среднему специальному образованию для средних специальных учебных заведений по специальности «Электромашиностроение», а также методика расчета и основные данные по проектированию масляных силовых трансформаторов и даны примеры расчета. Добавлены главы, касающиеся некоторых типов специальных трансформаторов с той целью, чтобы окончивший техникум молодой специалист мог бы почерпнуть сведения об этих трансформаторах, необходимые ему для практической работы.
Книга предназначена в качестве учебника по расчету и конструированию трансформаторов, может служить пособием для курсового, а также и дипломного проектирования и быть полезной для квалифицированных рабочих и мастеров и инженерно-технических работников трансформаторных заводов
3—3—10 188—71
6П2.1.081
Рецензенты: Доцент Китаев В. Е Инж. Гончарук А. И
ВВЕДЕНИЕ
§ 1. РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И РОЛЬ РУССКИХ УЧЕНЫХ В ИЗОБРЕТЕНИИ ТРАНСФОРМАТОРА
Развитие электротехники первоначально происходило по линии применения постоянного тока. Между тем бурно развивающаяся в XIX в. промышленность требовала все более мощные источники электрической энергии и передачи ее от мест получения до потребителя. Однако постоянный ток, несмотря на многие его положительные качества, не удовлетворяет этим требованиям, так как не может получаться в генераторах большой мощности и передаваться на большие расстояния. Передаче энергии по линиям большой протяженности препятствовала невозможность повышения напряжения генератора сверх определенного предела. Такое повышение является необходимым во избежание больших потерь энергии в линии. Кроме того, непосредственное использование электрического тока при высоком напряжении в ряде случаев, например для освещения, оказалось бы невозможным по условиям безопасности.
В связи с этим применение переменного тока стало все больше привлекать внимание ученых-электротехников, в чем большую роль сыграли русские электротехники того времени, впервые открывшие метод трансформирования переменного тока и показавшие возможность его практического использования.
Первый шаг в получении трансформации сделал в 1877 г. русский ученый П. Н. Яблочков, который построил установку с последовательно соединенными индукционными катушками, вторичные обмотки которых питали им же изобретенные «свечи Яблочкова». Таким образом, индукционные катушки представляли по существу трансформаторы.
Вслед за этим трансформатор был усовершенствован русским изобретателем Н. Ф. Усагиным (1882 г.) и немецким инженером Дери (1885 г.).
Следующим этапом развития применения переменного тока было изобретение русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским трехфазной системы переменного тока (1889 г.) и трехфазного трансформатора., (1891 г.).
С этого времени благодаря найденным практическим решениям проблем — трехфазного электродвигателя и трансформирования переменного тока — начинается бурный рост использования электрической энергии в промышленности. Одновременно с этим стало увеличиваться значение мощности изготовляемых трансформаторов и росло напряжение, получаемое с их помощью.
Уже в 1891 г. был построен первый трансформатор на 30 кв, для которого было применено, также впервые, масляное охлаждение. В дальнейшем рост напряжений характеризовался следующими цифрами: в 1907 г. построен трансформатор на 110 кв, в 1912 г.— на 150 кв, в 1921 г.— на 220 кв, в 1937 г.— на 287,5 кв, в 1952 г.— на 400 кв и, наконец, в 1958 г.— на 500 кв. Что касается мощности трансформаторов, то могут быть названы следующие цифры: в 1901 г.— 2250 ква, 1921 г.— 8300 ква, 1922 г.— 16 700 ква, 1955 г.— 90 000 ква, 1959 г.— 240 000 ква. В настоящее время проектируются трансформаторы мощностью до 1 000 000 ква (1000 Мва) и напряжением до 750—1200 кв.
§ 2. СОСТОЯНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ТРАНСФОРМАТОРОСТРОЕНИЯ ДО ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ЕГО РАЗВИТИЕ В ГОДЫ СОВЕТСКОЙ ВЛАСТИ
До Октябрьской революции трансформаторостроение в России было развито очень слабо. Существовавшие в Харькове (ХЭМЗ), Петрограде («Электросила») и Москве («Динамо») заводы занимались лишь сборкой трансформаторов по чертежам зарубежных фирм. Мощность в одной единице не превышала 2000 ква.
При Советской власти наравне с общим подъемом промышленности стало развиваться и отечественное трансформаторостроение. Так, например, в 1924 г. на ХЭМЗе строятся трансформаторы уже мощностью 12 500 ква на напряжение 40 кв.
В 1927 г. по решению правительства в Москве был создан «Электрозавод», на котором было сконцентрировано и развернулось советское трансформаторостроение.
Рост выпуска трансформаторов, выраженный суммарной мощностью в ква, характеризуется следующими цифровыми данными: 1916 г. — 117 000 1925 г. — 200 000 1927 г. - 316 000
г. - 1 030 000
г. - 1 520 000
1938 г. - 3 500 000
1939 г. - 5 000 000 1953 г. — 9 000 000 1955 г. — 10 000 000.
С 1953 г. стали вступать в строй новые трансформаторные заводы, из которых самый крупный — Запорожский трансформаторный завод (ЗТЗ) в 1965 г. выпустил трансформаторов на 45 Гва•.
В 1931 г. на Московском электрозаводе был построен первый советский трансформатор на ПО кв, а в 1933 г.— на 220 кв. В 1955 г. на ЗТЗ был построен однофазный трансформатор мощностью 90 Мва и в 1956 г.— мощностью 123,5 Мва на напряжение 400 кв, предназначенные для линии электропередачи Куйбышевская ГЭС им. Ленина — Москва, в 1959 г.— мощностью 135 Мва на 500 кв и трехфазный трансформатор мощностью 240 Мва на 220 кв, в 1967 г. — трехфазный трансформатор мощностью 630 Мва на 220 кв и однофазный автотрансформатор мощностью 417 Мва на 750 кв для опытной линии электропередачи Конаково — Москва, в 1968 г.— однофазный трансформатор мощностью 417 Мва на 500 кв и в 1969 г.— трехфазный трансформатор мощностью 400 Мва на 500 кв. Кроме того, в 1967 г. для Асуанской ГЭС поставлены однофазные трансформаторы мощностью 167 Мва на 500 кв и трехфазные трансформаторы мощностью 206 Мва на 500 кв в экспортном тропическом исполнении.
Силовые трансформаторы большой мощности, а в ряде случаев и средних мощностей должны иметь возможность регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). Это является необходимым, чтобы не прерывать подачу электроэнергии при переключении ступеней напряжения. Трансформаторы для этой цели имеют встроенную специальную аппаратуру.
Развитие высоковольтных сетей вызвало необходимость защиты трансформаторов от атмосферных и коммутационных перенапряжений. В связи с этим была разработана конструкция емкостной защиты, которой снабжаются все выпускаемые трансформаторы от ПО кв и выше, называемые благодаря такой защите грозоупорными.
Кроме силовых трансформаторов, изготовляется целый ряд трансформаторов специального назначения: электропечные, тяговые, для питания ртутных выпрямителей, измерительные, испытательные и др.
В связи с увеличивающимся с каждым годом выпуском трансформаторов входят в строй новые трансформаторные заводы.
Одновременно с постройкой трансформаторных заводов построены новые или расширено производство существующих заводов, поставляющих полуфабрикаты, как-то: легированную электротехническую сталь, обмоточные провода, электроизоляционный картон, фарфоровые вводы, трансформаторное масло и др.
§ 3. ОСНОВНАЯ РОЛЬ ТРАНСФОРМАТОРА В РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50 гц (в США — 60 гц).
Напряжения генераторов, установленных на электростанциях, стандартизованы и могут иметь значения 6600, 11 000, 13 800, 15 750, 18 000 или 20 000 в (ГОСТ 721—62). Для передачи электроэнергии на большие расстояния это напряжение необходимо повышать до ПО, 220, 330 или 500 кв в зависимости от расстояния и передаваемой мощности.
__________________
• Г — дольная единица, равная 10°.
Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 кв (в городах и промышленных объектах) или до 35 кв (в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей). Наконец, для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 или 127 в. В некоторых случаях, например, для освещения котельных или механических цехов и сырых помещений, напряжение должно быть понижено до безопасной для жизни величины — 12, 24 или 36 в.
Повышение и понижение напряжения переменного тока и выполняют силовые трансформаторы.
Примерная схема передачи и распределения электрической энергии изображена на рис. В. 1.
Рис. В.1. Схема передачи и распределения электрической энергии
Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т. е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т. е. он является обратимым аппаратом.
Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к. п. д.), значение которого составляет от 95 до 99,5%, в зависимости от мощности. Трансформатор большей мощности имеет соответственно и более высокий к. п. д.
Как видно из схемы распределения электроэнергии (рис. В. 1), последняя от места ее получения до места ее потребления претерпевает несколько ступеней трансформации. В связи с этим установленная мощность трансформаторов, т. е. суммарная мощность всех установленных в линии трансформаторов, должна в несколько раз превышать мощность генераторов, питающих линию.
Кроме того, понижающие трансформаторы, установленные в распределительной сети, имеют среднюю загрузку, составляющую примерно 50% их номинальной мощности. Примерный суточный график
нагрузки силового трансформатора, питающего промышленное предприятие, показан на рис.В.2.
Исходя из этих двух причин — многократности трансформации и неполной или неодновременной нагрузки силовых трансформаторов — общая их установленная мощность на практике в 7—8 раз превышает мощность генераторов электростанции.
Из сказанного выясняется чрезвычайно важная роль трансформаторов в передаче и распределении электрической энергии. Без приме нения трансформаторов практически была бы немыслима в современных масштабах передача электроэнергии на большие расстояния. Кроме того, определяется большая потребность в силовых трансформаторах для этой цели.
Рис. В.2. Суточный график нагрузки силового трансформатора
Контрольные вопросы
- Назовите русских ученых XIX в., благодаря которым трансформаторы получили практическое применение.
- Назовите наибольшие, освоенные в настоящее время значения номинальных мощностей и напряжения трансформаторов.
- В чем заключается роль трансформаторов при передаче электроэнергии?
- Что такое установленная мощность и какова ее величина?