Принцип действия трансформатора

Неисправность измерительного трансформатора напряжения привела к взрыву на распредустройстве в Казани 31 августа 2010 г., что привело к обрушению 3 стен здания распредустройства. Причина взрыва - воспламенение воздушно-масляной смеси, образовавшейся в результате выброса масла из поврежденного трансформатора.

Введение (15 мин.).

Дополнительная

Основная

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника и электроника: учеб. М.: Академия, 2005. 9-е изд. С. 193–232.

2. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 2008. С. 195-209.

3. Кацман М.М. Электрические машины: учеб. для учащ. электротехн. спец. техникумов. М.: Высш. шк., 1990. С. 13-83.

4. Электротехника и электроника: рабочая программа цикла по специальности 280104.65 – Пожарная безопасность». Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2009. 25 с.

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

1. Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности курсантов (слушателей) к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (время 5 мин.)

Около ста тридцати лет назад это неприметное устройство позволило осуществить на практике распределение электроэнергии. Хотя современная электротехника и телекоммуникации немыслимы без него, оно остается одним из «невоспетых героев» в истории технического прогресса. Такие технические устройства, как телефон и телевизор, прочно вошли в нашу повседневную жизнь. А вот изобретение, благодаря которому мы получили доступ к электроэнергии, остается в тени, хотя 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 в корпусе различных устройств. Речь идет о трансформаторе. Трансформатор – важный элемент многих электрических приборов и механизмов. Зарядные устройства, радиоприемники, распределительные устройства электроэнергии – всюду трудятся трансформаторы, которые понижают и повышают напряжение.

Современные трансформаторы превосходят своих предшественников, созданных к началу XX века, по мощности в 500, а по напряжению в 15 раз, их масса из расчета на единицу мощности снизилась приблизительно в 10 раз, а КПД близок к 99%.

Остановимся кратко на истории создания трансформатора:

· Столетов Александр Григорьевич обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1880-гг.);

· Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей;

· В 1831 г. М.Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия трансформатора, и сформулировал закон электромагнитной индукции: если замкнутый контур пронизывает переменный магнитный поток, то в нем наводится электродвижущая сила электромагнитной индукции и индуцируется ток;

· В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку;

· 30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки;

· Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон;

· Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор;

· 1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (ныне — Московский электрозавод);

· В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния;

· Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.

С того времени трансформаторы получили широкое применение в системах передачи и распределения электроэнергии. Известно, что передача электроэнергии на дальние расстояния осуществляется при высоком напряжении (от 110 кВ и более). При передаче электроэнергии на напряжениях повышенного класса в сети уменьшаются токи, а соответственно потери электроэнергии, стоимость вложений в строительство и эксплуатацию линий электропередачи за счет уменьшения изоляции проводов и диаметра токоведущих частей.

Получить высокое напряжение на генераторе невозможно, т.к. в его устройстве присутствуют вращающиеся части. Поэтому электроэнергия после генератора подается на трансформатор, в котором напряжение повышается до необходимого значения. Это напряжение должно быть тем выше, чем больше протяженность линии и чем больше передаваемая по ней мощность. Например, при передаче электроэнергии мощность 1 000 000 кВт на расстояние 1000 км необходимо напряжение 500 кВ. В местах распределения электроэнергии между потребителями устанавливают понижающие трансформаторы, которые понижают напряжение до требуемого значения. И наконец, в местах потребления электроэнергии напряжение еще раз понижают посредством трансформатора до 220, 380 или 660 В. При этом напряжении электроэнергия подается непосредственно потребителям – на рабочие места предприятий и в жилые помещения. Таким образом, передаваемая электроэнергия подвергается трех-, а иногда и четырехкратному трансформированию (рис. 1). Помимо этого применения трансформаторы используются в различных электроустановках (нагревательных, сварочных), устройствах автоматики и связи.

Рис. 1. Схема передачи и распределения электроэнергии

Будущим инженерам пожарной безопасности необходимо знать, что трансформатор является пожаровзрывоопасным. Практически каждый год происходят взрывы трансформаторов, зачастую приводящие к человеческим жертвам. Приведем примеры аварий, связанных с трансформаторами.

15 января 2010 г. на Кольской АЭС взорвался трансформатор. Взрыв был такой силы, что механизм разнесло в клочья, а осколки разлетелись в радиусе 80 метров, повредив другое оборудование. Были отключены 2 высоковольтные линии.

Взрыв трансформатора по причине короткого замыкания в Бангладаше 4 июня 2010 г. привел к гибели более 100 человек, среди которых много женщин и детей. Трагедия произошла в старом густонаселенном квартале, огонь очень быстро распространился на жилые дома и магазины. Борьба с пожаром осложнялась близостью домов друг к другу, горючие химтовары на прилавках пылающих магазинов усугубили ситуацию.

Взрыв трансформатора на заводе «Сибинстрем» 30 октября 2010 г. в Красноярске не привел к жертвам, но на его тушение ушло 2 часа.

13 мая 2010 г. в результате взрыва воздушно-масляной смеси взорвался трансформатор в городе Набережные Челны в помещении турбинного цеха машинного зала Нижнекамской гидроэлектростанции, в результате чего погиб начальник цеха, еще десять сотрудников пострадали.

2 июня 2011 г. произошел взрыв на АЭС во Франции недалеко от города Трикастен.

Все вышеизложенное подтверждает вывод о том, что будущим специалистам в области пожарной безопасности необходимо знать устройство, назначение, принцип действия и основные режимы работы этого вида электрооборудования.

Вопросы лекции:

Дата добавления: 2013-12-14