Расчет трансформатора

Примечание. Условия окисления при определении стабильности по методу ГОСТ 981-75:

Трансформаторная бумага.

Получение:

              Трансформаторную бумагу получают из целлюлозы:

Целлюлоза ЭКБ
(ТУ 5411-002-00279143-94)
Варка осуществляется по температурному режиму, позволяющему получить целлюлозу с высокой степенью делигнификации и нормируемой сорностью. Применяется для изготовления кабельной бумаги и электроизоляционного тонкого картона марок ЭВ, ЭВС-ЭВТ, ЭВПМ для изоляции электроизделий, работающих в воздушной среде, используется для электроизоляционного картона, применяемого в трансформаторах и аппаратах с масляным заполнением, трансформаторной бумаги, многослойной кабельной на напряжение до 35 кВт.

Целлюлоза Э-2
(ТУ 5411-003-00279143-94)
Варка производится по мягкому режиму с медленным подъемом температуры в котле, что позволяет получить полуфабрикат с высокими бумагообразующими свойствами.
Целлюлоза используется для производства конденсаторной бумаги вида КОН толщиной от 5 до 7 и от 9 до 30 микрон, трансформаторной бумаги марок ТВ-120, ТВУ-080, электролитической бумаги с малым содержанием токопроводящих включений КЭ-13, КЭ-15, КЭ-20, предназначенной для изготовления прокладок в высоковольтных оксидно-электрических конденсаторах и для работы в устройствах - накопителях электроэнергии, для конденсаторной бумаги высокой плотности для металлизации КОН Зм-8, КОН Зм-10, для малогабаритных металлобумажных конденсаторов, для импульсных конденсаторов.

Также существует кабельная бумага, которая также применяется в качестве изоляционного материала в силовых трансформаторах:

К – 080              Кабельная обыкновенная. Применяют для изоляции жил

К – 120              кабелей напряжением до 35 кВ включительно и для

К – 170              внутренней изоляции вводов на все классы напряжений.

КМ – 120              Кабельная четырехслойная с повышенной механической

КМ – 170              прочностью. Область применения та же, что и у бумаги К.

КВ – 030              Кабельная высоковольтная. Применяют для изоляции жил

КВ – 045              кабелей напряжением от 35 кВ и выше для внутренней

КВ – 080              изоляции вводов.

КВ – 120, КВ – 170, КВ – 240

КВУ – 015              Кабельная высоковольтная уплотненная. Область

КВУ – 020              применения та же, что и у бумаги КВ

КВУ – 030, КВУ – 045, КВУ – 080, КВУ – 120

КВМ – 080              Кабельная высоковольтная многослойная. Применяют для

КВМ – 120              изоляции жил кабелей напряжением от 110 кВ и выше.

КВМ – 170, КВМ – 240

КВМУ – 080              То же, но уплотненная. Область применения та же,

КВМУ – 120              что и у бумаги КВУ.

КП – 045              Полупроводящая бумага с содержанием сажи. Применяют

КП – 080              для экранирования жил кабелей и сердечников вводов.

КП – 120

КПД – 080              То же, но сажа вводится в один слой бумаги. Область

КПД – 120              применения та же, что и бумаги КП.

ЭН –30,               (бумага намоточная)              Применяют для намоточных                  ЭН – 70              электроизоляционных изделий и для внутренней изоляции

маслонаполненных вводов на напряжения 110 – 150 кВ.

ЭКТ (бумага крепированная)              Применяют для изоляции отдельных узлов маслонаполненных трансформаторов.

Картон электроизоляционный для аппаратов с масляным заполнением

А              Эластичный гибкий картон. Применяют в аппаратах напряжением до 750 кВ включительно.

Б              То же, но применяют в аппаратах напряжением до 220 кВ.

В              Картон твердый с малой сжимаемостью, с повышенным

Г              сопротивлением расслаиванию (марка Г). Применяют в продольной изоляции трансформаторов и других изделий.

Заключение.

История трансформатора

Александр Семенов

Сто лет назад это неприметное устройство позволило осуществить на практике распределение электроэнергии. Хотя современная электротехника и телекоммуникации немыслимы без этого устройства, оно остается одним из "невоспетых героев" в истории технического прогресса.

Научно-техническая революция, определявшая развитие цивилизации в течение двух последних столетий, явилась следствием фундаментальных открытий и изобретений в области электротехники и связи. Такие технические средства, как телефон и телевизор, прочно вошли в нашу повседневную жизнь. А вот изобретение, благодаря которому мы получили доступ к электроэнергии, остается в тени, хотя и играет в нашей жизни очень важную роль. Это устройство неприметно, оно не движется, работает практически бесшумно и, как правило, скрыто от наших глаз в отдельных помещениях или за экранирующими перегородками.

Речь идет о трансформаторе. Изобретенный в XIX веке трансформатор является одним из ключевых компонентов современной электроэнергетической системы и радиоэлектронных устройств. Он преобразует высокие напряжения в низкие (и наоборот) почти без потерь энергии.

Трансформатор - важный элемент многих электрических приборов и механизмов. Зарядные устройства и игрушечные железные дороги, радиоприемники и телевизоры - всюду трудятся трансформаторы, которые понижают или повышают напряжение. Среди них встречаются как совсем крошечные, не более горошины, так и настоящие колоссы массой в 500 тонн и более.

Явление, лежащее в основе действия электрического трансформатора, было открыто английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 г. при проведении им основополагающих исследований в области электричества. Спустя примерно 45 лет появились первые трансформаторы, содержавшие все основные элементы современных устройств. Это событие стало настоящей революцией в молодой тогда области электротехники, связанной с созданием цепей электрического освещения. На рубеже веков электроэнергетические системы переменного тока стали уже общепринятыми, и трансформатор получил ключевую роль в передаче и распределении электроэнергии. А в дальнейшем он также занял существенное место как в технике электросвязи, так и в радиоэлектронной аппаратуре.

Современные трансформаторы превосходят своих предшественников, созданных к началу XX столетия, по мощности в 500, а по напряжению - в 15 раз; их масса в расчете на единицу мощности снизилась приблизительно в 10 раз, а коэффициент полезного действия близок к 99%.

В своих экспериментах Фарадей опирался на результаты датского физика Ханса Кристиана Эрстеда, который в 1820 г. установил, что ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Открытие Эрстеда было воспринято с большим интересом, поскольку электричество и магнетизм считались до этого проявлениями совершенно различных и независимых друг от друга сил. И уж если электрический ток мог порождать магнитное поле, то казалось вполне вероятным, что магнитное поле в свою очередь могло порождать электрический ток.

В 1831 г. Фарадей показал, что для порождения магнитным полем тока в проводнике необходимо, чтобы поле было переменным. Фарадей изменял напряженность магнитного поля, замыкая и прерывая электрическую цепь, порождающую поле. Тот же эффект достигается, если воспользоваться переменным током, т. е. током, направление которого меняется со временем. Это явление взаимодействия между электрическими и магнитными силами получило название электромагнитной индукции.

В трансформаторе обмотка из витков провода, подключенная к источнику питания и порождающая магнитное поле, называется первичной. Другая обмотка, в которой под действием этого поля возникает электродвижущая сила (ЭДС), называется вторичной. Индукция между первичной и вторичной обмоткой взаимна, т. е. ток, протекающий во вторичной обмотке, индуцирует ЭДС в первичной точно так же, как первичная обмотка индуцирует ЭДС во вторичной. Более того, поскольку витки первичной обмотки охватывают собственные силовые линии, в них самих возникает ЭДС. Это явление, называемое самоиндукцией, наблюдается также и во вторичной обмотке.

На явлении взаимной индукции и самоиндукции основано действие трансформатора. Для эффективной работы этого устройства необходимо, чтобы между его обмотками существовала связь и каждая из них обладала высокой самоиндукцией. Этим условиям можно удовлетворить, намотав первичную и вторичную обмотки на железный сердечник так, как это сделал Фарадей в своих первых экспериментах. Железо увеличивает количество силовых линий магнитного поля приблизительно в 10 000 раз. О материалах, обладающих таким свойством, говорят, что они имеют высокую магнитную проницаемость. Кроме того, железный сердечник локализует поток магнитной индукции, благодаря чему обмотки трансформатора могут быть пространственно разделены и все же оставаться индуктивно связанными.

В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу ее витков. Если в трансформаторе не происходит потери энергии, мощность в цепи вторичной обмотки должна быть равна мощности, подводимой к первичной обмотке. Другими словами, произведение напряжения на силу тока во вторичной обмотке должно быть равно произведению напряжения и тока в первичной. Таким образом, токи оказываются обратно пропорциональными отношению напряжений в двух обмотках и, следовательно, отношение токов обратно пропорционально отношению числа витков в обмотках. Такой подсчет мощности справедлив лишь в том случае, если токи и напряжения совпадают по фазе; условие высокой самоиндукции обеспечивает пренебрежимо малую величину токов, не совпадающих по фазе.

Идеальный трансформатор представляет для инженеров-электриков инструмент, аналогичный рычагу в механике, но вместо преобразований силы и перемещения трансформатор преобразует напряжение и ток. Вместо отношения плеч силы количественной характеристикой трансформатора является отношение между числом витков в его обмотках. Конечно, идеального трансформатора не существует, но практически реализованные устройства очень близки к идеальным. Железный сердечник является непременной составной частью всех современных силовых трансформаторов, а медь благодаря своему низкому электрическому сопротивлению была и остается основным материалом, из которого изготовляют провод для обмоток.

После своего открытия Фарадей не стал детально исследовать открытое явление, полагая, что его работу продолжат другие. Однако в действительности оказалось, что в течение нескольких последующих десятилетий устройства, подобные трансформаторам, не нашли широкого практического применения. Особый интерес представляли первые эксперименты с "индукторами", состоящими из провода, намотанного на железный сердечник, в частности, изучение способности этих устройств порождать искры, когда ток в обмотке прерывался. Среди известных ученых, занимавшихся этим явлением, был американец Джозеф Генри, первый секретарь и директор Смитсоновского института. Впоследствии его именем была названа единица индуктивности.