; принцип действия; схема соединения обмоток
На электроподвижном составе переменного тока трансформаторы применяют для понижения напряжения контактной сети до напряжения, необходимого для тяговых двигателей, измерительных приборов, печей обогрева салона, освещения и вспомогательных машин.
Действие трансформатора основано на принципе взаимной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника прямоугольной формы, собранного из листовой стали, и двух расположенных на нем электрически не связанных между собой обмоток с разным количеством витков. К зажимам обмотки (рис. 1.1, а) подводится напряжение от источника электроэнергии. От зажимов обмотки напряжение переменного тока отводится к потребителям.
Рис. 1.1 Принципиальная схема трансформатора (а) и направления э. д. с. и токов в трансформаторе (б).
трансформатор обмотка ток тяговый
При подключении первичной обмотки к источнику энергии переменного тока по виткам ее начинает протекать ток, который создает переменный магнитный поток Ф. Этот магнитный поток замыкается по сердечнику трансформатора. Кроме потока Ф, вокруг катушек имеются еще магнитные потоки Ф) и Фг, которые не сцеплены друг с другом. Переменный магнитный поток, проходя по сердечнику и пронизывая витки обеих обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е и е-1 (рис. 1.1).
Подбирая требуемое соотношение между числом витков обмоток высшего и низшего напряжений, можно легко увеличить или уменьшить напряжение переменного тока.
В зависимости от конструкции сердечника различают трансформаторы стержневые, у которых обмотки охватывают стержни сердечника, и броневые, у которых стержни сердечника частично охватывают (бронируют) обмотки. Стержневые трансформаторы проще по конструкции, они позволяют упростить конструкцию обмоток и их ремонт. Однако зазоры между баком и сердечником должны быть больше, чем у трансформаторов с броневым сердечником.
Трансформаторы с регулированием напряжения на вторичной стороне чаще выполняют стержневыми, а в трансформаторах с регулированием напряжения на первичной, т. е. высокой стороне, применяют броневые сердечники. Для уменьшения потерь от вихревых токов сердечники трансформаторов собирают из отдельных изолированных друг от друга листов. Поперечное сечение сердечника трансформатора электроподвижного состава обычно имеет форму ступенчатого многоугольника, вписанного в окружность, что значительно облегчает изготовление обмоток (нет изгибов изоляции под углом).
Регулирование напряжения трансформатора
... и могут находиться в масле самого трансформатора. 3.2. Автоматическое регулирование напряжения Переключатель числа витков устанавливается для того, чтобы ... с обоими трансформаторами. Это достигается тем, что один трансформатор имеет обмотку как ведущий трансформатор, а другой – как подчиненный трансформатор. Одновременная работа ... с.: ил. ББК 31.277.1 Р63 Данный реферат составлен на основе .
По расположению обмоток различают трансформаторы с концентрическими и дисковыми обмотками. В трансформаторах с дисковыми обмотками высшего и низшего напряжения обмотки выполняют в виде дисков, расположенных на стержне поочередно в осевом направлении. Все тяговые трансформаторы электроподвижного состава являются понижающими.
Кроме вторичной обмотки для питания тяговых двигателей через выпрямительную установку, они имеют еще обмотку низкого напряжения для питания вспомогательных электромашин и печей обогрева салонов вагонов и кабин.
Магнитопровод с обмотками являются активными узлами трансформатора, при работе которых выделяется тепло, которое необходимо отвести. В связи с ограниченными габаритами и весом трансформаторы электроподвижного состава выполняют с повышенными тепловыми нагрузками и они имеют масляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла. Такая система более эффективна, так как позволяет иметь трансформатор минимального габарита за счет значительного увеличения теплоотдачи по сравнению с теплоотдачей при естественном охлаждении. Интенсивное охлаждение циркуляцией масла позволяет доводить плотность тока в обмотках трансформатора до 4,5—5,5 А/мм2.
Для трансформаторов применяют специальное трансформаторное масло, имеющее пробивное напряжение 25—30 кВ/мм, температуру вспышки не ниже 135 °С, температуру застывания не выше —45 °С и удельный вес около 0,9 г/см при отсутствии механических примесей и воды.
Трансформаторы отечественного производства типа ОЦР-1000/25 с изоляцией обмоток, выполненной из бумаги, допускают следующие перегревы температуры сверх температуры окружающего воздуха: обмоток трансформатора 70 °С, сердечника на его поверхности 75 °С, трансформаторного масла в его верхних слоях 60 °С.
На электропоездах переменного тока ЭР9М в качестве тягового трансформатора устанавливают однофазный масляный трансформатор ОЦР-1000/25 (рис. 87).
Он служит для понижения напряжения 25 кВ до величины, необходимой для работы тяговых двигателей. Трансформатор и все его оборудование предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от —50 до 4-40 °С в условиях вибрации с частотой до 30 Гц и ускорением до \g, а также горизонтально-продольных ударов с ускорением до Зg при высоте над уровнем моря до 1200 м и относительной влажности не более 80% при температуре +20 °С.
Рис. 1.2 Трансформатор ОЦР-1000/25: активная часть; 2 — электронасос; 3 — ввод 25 кВ; 4 — бак; 5 — ввод обмотки собственных нужд; 6 — ввод тяговой обмотки; 7 — масло-указатель; 8 — крышка; 9 — воздухо-осушитель; 10 — сигнализирующий термометр.
Тяговый трансформатор подвешивают под кузовом моторного вагона на двух балках. Он состоит из прямоугольного стального бака и выемной части, укрепленной на крышке. На баке смонтированы: система циркуляции трансформаторного масла, воздухоосушитель, коробка высоковольтного ввода, изоляторы выводов обмоток трансформатора, мотор-насос трансформатора. К выемной части относятся магнитопровод 2 (рис. 1.3) с обмотками 3, соединительные шины 4 и крышка 1. Тяговый трансформатор имеет стержневой сердечник с надетыми на него цилиндрическими обмотками. Сердечник с обмотками расположен горизонтально и крепится с помощью специальных болтов к крышке / бака. Магнитопровод выполнен шихтованным из листов электротехнической стали толщиной 0,35 мм, покрытых тонким слоем изоляционного лака. Сечение стержней ступенчатое, многоугольное, приближающееся по форме к круглому; сечение ярма прямоугольное.
Техническое обслуживание и ремонт трансформаторов
... (в) трансформаторов Трансформаторы большой и средней мощности обычно выполняют стержневыми. Их конструкция более простая и позволяет легче осуществлять изоляцию и ремонт обмоток. Достоинством их ... охлаждающей жидкости (масла). Для повышения электрической прочности при воздействии атмосферных напряжений две первые и две последние катушки первичной (высоковольтной) обмотки обычно выполняют ...
Рис. 1.3. Выемная часть трансформатора.
Трансформатор имеет четыре обмотки: первичную АХ (рис. 1.4) на номинальное напряжение 25 кВ, тяговую обмотку 1-8 для питания тяговых двигателей через выпрямительную установку; две обмотки собственных нужд — ачХч для питания вспомогательных цепей и ахх\ для питания цепей электрического отопления. Каждая обмотка состоит из отдельных катушек, намотанных из медной шины. Катушки насажены на бакелитовые трубки, обладающие хорошими изоляционными свойствами, и включены в соответствии со схемой последовательно или параллельно. Между витками катушек имеются специальные дистанционные планки для свободного доступа охлаждающего масла. На внутренних цилиндрах ближе к стержням находится первичная высоковольтная обмотка, на средних цилиндрах — вторичная тяговая обмотка. Каждая вторичная обмотка разбита на восемь последовательно соединенных секций. В зависимости от количества включенных секций напряжение на тяговой обмотке изменяется от 276 до 2208 В. На наружных цилиндрах находятся вспомогательные обмотки: на стержне X — обмотка 220 В собственных нужд, на стержне А — обмотка 600 В отопления салонов. Бакелитовые трубки на магнитопроводе укрепляют с помощью деревянных распорок.
Рис. 1.4 Схема соединений обмоток трансформатора ОЦР-1000/25.
Магнитопровод с обмотками погружен в бак с трансформаторным маслом. Бумажная изоляция шин и бакелитовых трубок, пропитанная маслом, обладает высокими изоляционными свойствами.
Трансформаторное масло служит одновременно охладителем обмоток и магнитопровода. Концы всех обмоток трансформатора выведены через фарфоровые изоляторы, размещенные на торцовой стенке бака в отдельной камере со съемной крышкой. Охлаждение трансформатора осуществляется принудительной циркуляцией масла через секции охладителя. Циркуляцию масла осуществляет электронасос 2ТТ-16/10. Охлаждение масла производят продувкой через секции охладителя воздуха в количестве 4000 м3/ч мотор-вентилятором, насаженным на вал расщепителя фаз.
Постоянно циркулирующее масло поддерживает в баке необходимую температуру, которая на входе в охладитель не должна превышать 50 °С. У трансформаторов ОЦР-1000/25 отсутствует расширительный бачок, поэтому масло в баке не доливают до крышки. Во избежание всплесков масла и обнажения обмоток в баке на небольшом расстоянии от крышки укреплен специальный успокоитель — металлический лист с отверстиями. Уровень масла контролируется маслоуказате-лем, установленным на баке. Для предохранения масла от увлажнения отверстие в крышке трансформатора соединяют с атмосферой через специальный воздухоосушитель.
2. Вакуумные выключатели: конструкция, принцип гашения
Представляют собой герметизированные камеры, из которых откачан воздух. Давление среды в камере, где размещены контакты, ничтожно мало и составляет 1,33 (10 -2 ч 10-4 ) Па. Поэтому при замыкании контактов не образуются мощные дуги, так как очень разряжена среда, которая могла бы быть ионизирована. Вследствие этого длительность горения дуги в вакуумных камерах выключателей как правило, не превышает 0,01 с. Процесс гашения дуги выглядит так. При расхождении контактов уменьшается площадь их соприкосновения, что приводит к резкому повышению температуры контактируемых поверхностей. Между этими поверхностями образуется мостик из расплавленного металла, который очень быстро нагревается и испаряется. В среде паров металла загорается дуга. Глубокий вакуум способствует быстрой диффузии заряженных частиц в окружающее пространство, не ионизирую его. Дуга гаснет при первом переходе тока через нуль. Электрическая прочность между контактами восстанавливается примерно через 10 мкс.
Защита от опасности поражения электрическим током
... токовый, или контактный, возникающий при прохождении тока непосредственно через тело человека в результате контакта человека с токоведущей частью; этот вид ожога возникает в электроустановках относительно небольшого напряжения ... причём тяжесть поражения возрастает с ростом напряжения электроустановки. Электрические знаки, именуемые также знаками тока или электрическими метками, представляют собой чё ...
На электрифицированных железных дорогах нашей страны проходит эксплуатационные испытания выключатель ВВФ-27,5 (выключатель вакуумный для фидеров тяговых подстанций переменного тока).
ВВФ-27,5 (рис 2.1,а) представляет собой колонку из фарфоровых втулок 1, установленных на основании 2, в которое вмонтирован привод типа ПЭ-11. Три дугогасительные вакуумные камеры типа КДВ-10-1600-20 расположены в трех втулках, в нижней втулке — тяги и рычаги привода. Составные части выключателя рассмотрим по рис 2.1, б. ВВФ-27,5 состоит из трех (I, II, III) одинаково последовательно соединенных дугогасительных камер. Каждая камера состоит из керамического корпуса 3, нижнего 9 и верхнего 16 металлических фланцев с неподвижным 19 и подвижным 2 контактами, сильфона 20, обеспечивающего необходимую герметичность между камерой и подвижным контактом, экрана 4, защищающего керамические стенки камеры от запыления продуктами горения дуги, чтобы не разрушалась изоляция между подвижным и неподвижным контактами. Гибкой шиной 6 соединены токопровод подвижного контакта и контактная шина 18 неподвижного контакта. Под контактными шинами расположены демпферы 5 для поглощения энергии подвижных контактов при отключении выключателя.
Рис. 2.1 Общий вид (а) и упрощенная кинематическая схема (б) вакуумного выключателя ВВФ-27,5
Между кольцами 17, закрепленными на концах подвижных контактов, и траверсами 8, укрепленными в корпусе выключателя, находятся пружины 7. Электромагнитом 14 привода посредством рычажной системы 15 производят выключение выключателя. При этом сжимаются пружины 7. Защелка 11с пружиной 13 удерживает выключатель во включенном положении. Отключение выключателю производят электромагнитом 12. Скорость размыкания подвижного и неподвижного контактов обеспечивают пружины 7. Зажимы 1и 10 служат для подключения выключателя в электрическую цепь. Параметры выключателя: U ном =27,5 кВ; Iном =1,2 кА; Iном. откл. =18 кА; tоткл. — не более 0,05 с.
3. Шаговое напряжение
Шаговым напряжением (напряжением шага) называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Шаговое напряжение зависит от удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока.
В области защитных устройств от поражения током — заземления, зануления и др. — интерес представляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя.
Шаговое напряжение при одиночном заземлителе
Шаговое напряжение определяется отрезком, длина которого зависит от формы потенциальной кривой, т.е. от типа заземлителя, и изменяется от некоторого максимального значения до нуля с изменением расстояния от заземлителя.
Допустим, что в земле в точке О размещен один заземлитель (электрод) и через этот заземлитель проходит ток замыкания на землю. Вокруг заземлителя образуется зона растекания тока по земле, т. е. зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами заземления на землю, может быть условно принят равным нулю.
Причина этого явления заключается в том, что объем земли, через который проходит ток замыкания на землю, по мере удаления от заземлителя увеличивается, при этом происходит растекание тока в земле. На расстоянии 20 м и более от заземлителя объем земли настолько возрастает, что плотность тока становится весьма малой, напряжение между точками земли и точками еще более удаленными не обнаруживается сколько нибудь ощутимо.
Рис.3.1 Распределение напряжения на различных расстояниях от заземлителя: 1 — потенциальная кривая; 2 — кривая характеризующая изменение шагового напряжения;
- Если измерить напряжение Uз между точками, находящимися на разных расстояниях в любом направлении от заземлителя, а затем построить график зависимости этих напряжений от расстояния до заземлителя, то получится потенциальная кривая ) Если разбить линию ОН на участки длиной 0,8 м, что соответствует длине шага человека, то ноги его могут оказаться в точках разного потенциала Чем ближе к заземлителю, тем напряжение между этими точками на земле будет больше (Uaб >
- Uбв;
- Uбв >
- Uвг)
Шаговое напряжение для точек В и Г определяется как разность потенциалов между этими точками
Uш = Uв — Uг = UзB
где B — коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой 1.Наибольшие значения напряжения шага и коэффициента B будут при наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек одной ногой стоит на заземлителе, а другая нога на расстоянии шага.
Кривая 2 характеризует изменение шагового напряжения.
Опасное шаговое напряжение может, например, возникнуть вблизи упавшего на землю и находящегося под напряжением провода. В этом случае запрещается приближаться к проводу, лежащему на земле, на расстояние ближе 8 — 10 м.
Шаговое напряжение отсутствует, если человек стоит или на линии равного потенциала или вне зоны растекания тока.
Максимальные значения шагового напряжения, Наименьшие значения шагового напряжения, Шаговое напряжение при групповом заземлителе
В пределах площади, на которой размещены электроды группового заземлителя, шаговое напряжение меньше, чем при использовании одиночного заземлителя. Шаговое напряжение также изменяется от некоторого максимального значения до нуля — при удалении от электродов.
Максимальное шаговое напряжение будет, как и при одиночном заземлителе, в начале потенциальной кривой, т.е. когда человек одной ногой стоит непосредственно на электроде (или на участке земли, под которым зарыт электрод), а другой — на расстоянии шага от электрода.
Минимальное шаговое напряжение соответствует случаю, когда человек стоит на «точках» с одинаковыми потенциалами.
Опасность шагового напряжения
При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и как следствие этого падение человека на землю. В этот момент прекращается действие на человека шагового напряжения и возникает иная, более тяжелая ситуация: вместо нижней петли в теле человека образуется новый, более опасный путь тока, обычно от рук к ногам и создается реальная угроза смертельного поражения током. При попадании в область действия шагового напряжения необходимо выходить из опасной зоны минимальными шажками («гусиным шагом»).
4. Напряжение прикосновения
Напряжением прикосновения
Потенциалы на поверхности грунта при замыкании тока на корпус любого потребителя распределяются по гиперболической кривой. Напряжение прикосновения равно разности потенциалов корпуса электрооборудования и точек почвы, на которых находятся ноги человека. Чем дальше электродвигатель находится от заземлителя, тем под большее напряжение прикосновения человек попадает, и наоборот, чем ближе к заземлителю, тем меньше напряжение прикосновения U . За пределами зоны растекания тока напряжение прикосновения равно напряжению на корпусе оборудования относительно земли.
Рис.4. Схема прикосновения человека к заземленному оборудованию при напряжении прикосновения:I-распределение потенциала на поверхности грунта в момент замыкания фазы на корпус; II — напряжение прикосновения U при изменении расстояния от заземлителя; 1,2,3 — корпуса электродвигателей
Напряжение прикосновения и величина тока, протекающего через организм человека при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановки переменного тока частотой 50 Гц, не должны превышать соответственно 2 В и 0,3 мА.
Снизить напряжение прикосновения и силу тока можно за счет малого сопротивления системы защитного заземления или увеличения потенциала поверхности в зоне растекания тока на землю.
5. Назначение трансформаторов тока; режим работы; типы трансформаторов тока применяемых на тяговой подстанции
Трансформаторы тока (ТТ) применяют в установках напряжением до 1000 В и выше. Они относятся к измерительным трансформаторам и предназначены для расширения предела измерения измерительных приборов, а в высоковольтных цепях, кроме того , — для изоляции приборов и реле от высокого напряжения.
Применение трансформаторов тока обеспечивает безопасность персонала при работе с измерительными приборами и реле, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены. Первичную обмотку трансформатора тока включают в цепь измеряемого тока последовательно. Она имеет один виток или несколько, выполненных проводом большого сечения. Вторичная обмотка трансформатора тока имеет большое число витков и выполняется проводом, рассчитанным на длительное протекание тока равного 5 А.
Трансформатор тока работает в условиях, отличных от условий работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения. Сопротивление его вторичной цепи, состоящей из последовательно соединенных токовых обмоток приборов и реле, очень незначительно, вследствие чего трансформатор работает в условиях, близких к короткому замыканию.
Номинальной нагрузкой трансформатора тока для данного класса точности называют такую нагрузку вторичной обмотки, при которой погрешность не превышает установленного для этого класса значения.
Предельно допустимые погрешности трансформаторов тока
|
Класс точности |
Наибольшая погрешность |
||
|
Токовая, % |
Угловая, мин |
||
|
0,2 0,5 1 3 10 |
±0,2 ±0,5 ±1 ±3 ±10 |
±10 ±30 ±60 Не нормируется |
|
Трансформаторы тока по роду установки выпускают для внутренних и наружных электроустановок, а также встроенные в силовые трансформаторы и масляные выключатели. По способу установки трансформаторы тока делятся на проходные, устанавливаемые в проемах стен, потолков или металлических ограждений комплектных распределительных устройств, и опорные, устанавливаемые на опорных конструкциях.
На тяговых подстанциях применяются трансформаторы тока класса точности 1, 3 и 10.
6. Коммутационная аппаратура до 1000 В
Для замыкания и размыкания цепей постоянного и переменного тока напряжением до 1000 В включительно применяют следующие аппараты: рубильники и переключатели, пакетные выключатели, магнитные пускатели, контакторы и автоматические выключатели.
Рубильники
Наша промышленность выпускает также рубильники с дугогасительными камерами, которые вследствие хороших условий гашения дуги обладают важным преимуществом перед рубильниками без дугогасительных устройств. Пример такого рубильника приведен на рис. 6.1. б, 1- подвижной нож; 2 — дугогасительная камера с неподвижными контактами в ней; 3 — основание, на котором смонтирован рубильник; 4 — рукоятка; 5 — соединительная планка из изоляционного материала.
пакетные выключатели.
Магнитные пускатели отличаются от рубильников тем, что их подвижные контакты замыкают цепь и удерживаются во включенном положении под действием электромагнита, через катушку которого при включении и во время нахождения пускателя во включенном положении проходит ток. Магнитный пускатель размыкает свои контакты при разрыве цепи питания катушки электромагнита или понижения напряжения в сети. Для включения магнитного пускателя необходимо нажать кнопку пуска КнП. Для отключения пускателя достаточно нажать кнопку «стоп» КнС. Для защиты от перегрузок двигателя или другого аппарата в схеме магнитного пускателя предусмотрены два тепловых реле. Магнитный пускатель отключается автоматически при понижении напряжения в питающей сети. Этим обеспечивается защита двигателя от понижения или исчезновения напряжения. Двигатель от КЗ защищен предохранителями, так как они срабатывают быстрее, чем тепловые реле.
Контакторы
Автоматическое управление контактором осуществляет реле, контакты которого замыкают и размыкают цепь катушки электромагнита в зависимости от режима работы аппарата в цепи. На тяговых и трансформаторных подстанциях одно- и двухполюсные контакторы применяют главным образом для замыкания и размыкания цепей электромагнитов включения высоковольтных выключателей переменного и постоянного токов. Трехполюсные контакторы применяют в цепях трехфазного переменного тока для питания различных потребителей подстанции.
Автоматические воздушные выключатели
Наиболее распространены максимально-нулевые автоматы. Их включают либо вручную рукояткой, либо дистанционно электромагнитным приводом. Защелка 5 (рис. 6.2.) удерживает подвижные контакты 4 во включенном положении вследствие притяжения якоря 7 рычага защелки магнитным потоком, создаваемым током в катушке 8 минимального (нулевого) напряжения. При уменьшении напряжения ниже установленной величины пружина 6 оттягивает защелку5 и автомат под действием пружины 3 отключается. Отключение автомата при КЗ или перегрузке обеспечивается токовыми расцепителями 1и 2, контакты 9 и 10 которых включены в цепь катушки 8.
