Совтоловые трансформаторы

Дисциплина «Введение в специальность» знакомит первокурсников с их будущей специальностью — энергетикой, ее значением в современном обществе, историей развития и влиянием ее на технический прогресс. От того, насколько заинтересуется студент будущей специальностью, в значительной степени зависит его последующая студенческая и даже инженерная биография. В процессе учебы студент получает не только представление о будущей специальности, но и определенные навыки работы в вузе. Эта единственная за все время обучения общеэнергетическая дисциплина дает представление о всех разделах энергетики и их взаимосвязях, энергетических системах и основных, происходящих в них процессах преобразования, передачи и потребления энергии, принципах работы и конструктивном выполнении энергетических установок, современном состоянии и перспективах развития энергетики.

Три аспекта энергетики. Энергетика в ее современном состоянии и тем более в ее развитии должна рассматриваться в трех аспектах — техническом, социально-политическом и биосферическом, или экологическом.

Повышение мощности машины связано с увеличением ее диаметра и длины. При современном состоянии металлургии генераторы мощностью 100 тыс. кет с обычным поверхностным охлаждением воздухом при скорости вращения 3000 об/мин имеют предельные габариты по условию механической прочности. Дальнейшее повышение мощности машины при сохранении габаритов возможно лишь за счет увеличения электромагнитных нагрузок, что в свою очередь осуществимо путем форсированного охлаждения обмоток ротора и статора. Использование водорода с повышенным давлением вместо охлаждающего воздуха для крупных быстроходных синхронных машин позволяет значительно увеличить их мощность, поэтому в настоящее время наблюдается тенденция к форсированному охлаждению крупных электрических машин. Для большей эффективности применяют непосредственное охлаждение, при котором проводники обмоток находятся в соприкосновении с охлаждающим агентом — водородом или водой. Это позволяет повысить мощность единичного генератора до 800 тыс. кет и более.

Чтобы составить себе представление о том, какие значения термических к. п. д. возможны в описанном цикле, возьмем наиболее широкие пределы температур, возможные для основных типов существующих двигателей. Для п а -ровых двигателей максимальной температурой при современном состоянии техники является та, при которой могут безопасно и длительно работать лопатки турбин и трубки перегревателей, примерно ^ — 650° С. Низшей температурой можно считать достижимую в конденсаторах турбин — около 25° С. Отсюда для наибольших перепадов температур в паровом двигателе термический к. п. д. цикла Карно составит:

В отношении первой составляющей 60 вектора плотности тока смещения, т. е. плотности тока смещения в пустоте, наглядная интерпретация при современном состоянии науки не может быть дана, так как мы еще не имеем сколь-нибудь детального представления о внутреннем строении электромагнитного поля, о тех внутренних процессах, которые в нем совершаются. Однако, даже не имея для первой составляющей 60 плотности тока смещения представления, столь же наглядного, как для второй его составляющей J', можно высказать чрезвычайно важное предположение. Именно следует ожидать, что важнейшее проявление электрического тока — появление свз1занного с ним магнитного поля — будет одинаковым для обеих составляющих. Опыт полностью подтверждает такое предположение.

Как видно, при этом очень многое зависит от характера процесса, и поэтому для известных процессов принимают за основу «образцовые» печи. Для новых технологических процессов обычно приходится подбирать возможные аналогии, а также проводить опыты или строить экспериментальные печи. Для ориентировки в табл. 5-7 и 5-8 приведены данные по ряду работающих печей, а в табл. 5-9—5-11—данные серии типовых печей, выпускаемых отечественной промышленностью, которые можно при современном состоянии техники принимать в качестве исходных для расчетов.

Курс этот является одним из важнейших. Его влияние на студента-первокурсника, как правило, только что пришедшего со школьной скамьи и мало знающего о своей будущей специальности, очень велико. От успеха данного курса, от того, насколько заинтересуется студент своей будущей специальностью, в значительной степени зависит вся его последующая студенческая и даже инженерная биография. В процессе работы над курсом студент не только получает представление о своей будущей специальности, но и, что немаловажно, получает определенные навыки работы в вузе. В этом единственном за все время обучения общеэнергетическом курсе студент получает представление о всех разделах энергетики и их взаимосвязях, об энергетических системах и основных, происходящих в них процессах преобразования, передачи и потребления энергии, о принципах работы и конструктивном выполнении энергетических установок, о современном состоянии и перспективах развития энергетики.

зультате присоединения к ним электронов, которые отрываются от атомов полупроводника. На энергетической диаграмме этот процесс соответствует переходу электрона 2 из валентной зоны на акцепторный уровень Еа, расположенный вблизи потолка валентной зоны. В результате образуются свободные уровни в валентной зоне, соответствующие дыр'кам, а акцепторный атом превращается в отрицательный ион. Разность Еа—Ев представляет собой энергию ионизации акцепторов. Дырки в этом случае являются основными носителями. Типичные доноры и акцепторы и энергии их ионизации приведены в приложении 1.2. При современном состоянии полупроводниковой технологии концентрации доноров и акцепторов можно изменять (легированием) в широких пределах от 1013 до ГО21 см~3. При большой концентрации примесных атомов .(более 1018см~3) из-за сильного взаимодействия между ними отдельный примесный уровень (донорный или акцепторный) расщепляется на подуровни, образующие узкую примесную зону. При этом энергия ионизации уменьшается. При очень высоких концентрациях (более 1020см~3) примесная зона расширяется настолько, что соединяется с зоной проводимости для полупроводника/г-типа или с валентной зоной для полупроводника р-тнпа. В результате энергия ионизации уменьшается до нуля и возникает частично заполненная зона. Как и в металлах, в таком полупроводнике проводимость существует при 7 = 0 К.

Таким образом, транзисторы с повышенной граничной частотой характеризуются пониженными рабочими напряжениями и токами, меньшими значениями отдаваемой высокочастотной мощности Р и допустимой рассеиваемой мощности. Как показал анализ экспериментальных данных [6], при заданном уровне технологии Pf^p =const. Предельное значение произведения Pf2 ограничено такими физическими факторами, как лавинный пробой и конечная скорость движения носителей от эмиттера к коллектору. При современном состоянии технологии произведение P/L со~ ставляет около 4-Ю2 Вт-ГГц2. Достигнута граничная частота 10 ГГц при отдаваемой мощности около 1 Вт.

построении электрических схем в большинстве случаев желательно, чтобы в них терялось возможно меньше энергии. При современном состоянии техники это оказывается возможными Добротность катушек обычно удается сделать равной 100 и более, применяемые диэлектрики имеют весьма малый угол потерь, добротность колебательного контура такова, что актинное сопротивление г составляет при резонансной частоте 1—2% от реактивных сопротивлений XL и Х(-. Поэтому разумной идеализацией является предположение о существовании двухполюсников, в которых можно пренебречь потерями, т. е. считать, что активные сопротивления равны нулю.

------Между тем уже при современном состоянии науки и техники управление различного рода технологическими процессами и энергетическими устройствами, оценка технического состояния разнообразных механизмов и эксплуатируемых объектов и проведение сложных научных исследований предъявляют такие требования к измерительной технике, которые не могут быть реализованы рационально с помощью вышеуказанных приборов. Требуются измерения большого числа величин, различных как по физической природе, так и по диапазонам их значений, в большом числе точек (сотни и тысячи) и за очень ограниченное время. Результаты измерений при этом должны быть сосредоточены в одном центре, причем объекты измерения могут быть удалены на значительное расстояние от этого центра (н^ример, космические корабли). Естественно, что возможности человека при использовании обычных измерительных приборов оказываются недостаточными даже для простого наблюдения за их показаниями. Вопрос значительно усложняется, если по результатам измерения отдельных величин нельзя сразу сделать требуемых выводов и заключений, а для этого необходима сложная, иногда и срочная обработка получаемой измерительной информации. В то же время не вся поступающая измерительная информация является одинаково важной. Например, в ряде случаев не требуется знать значения всех параметров, характеризующих исследуемый процесс, а достаточно иметь информацию только о тех из них, •которые вышли за определенные пределы. Объем информации, поступающей в этих случаях к оператору, может быть резко сокращен.

При мощности более 100 кВ-А, а напряжении свыше 6,3 кВ, и при меньшей мощности, трансформаторы снабжают расширительным бачком. Охлаждение масла мощных трансформаторов осуществляется иногда водяными охладителями. Допустимая температура нагрева масла 95 °С. Трансформаторное масло, являясь прекрасным изолирующим материалом, имеет ряд недостатков: горючесть, взрывоопасность продуктов разложения и др. В пожароопасных производственных помещениях, общественных зданиях, туннелях метрополитена, на судах и других закрытых помещениях, в шахтах, при напряжении до 10 кВ и мощности до 750 кВА применяют сухие трансформаторы со стеклянной изоляцией обмоток на кремнийорганических или других нагревостойких лаках, а также трансформаторы, заполненные негорючим жидким диэлектриком — совтолом. Продукты разложения совтола ядовиты, поэтому совтоловые трансформаторы снабжены газопоглотителями.

Совтоловые трансформаторы не разрешается применять в административных зданиях, где возможно скопление людей, из-за токсичности совтола в случае утечки последнего. По последним данным токсичность совтола и особая его опасность для людей не подтверждается, но разлив отработанного совтола загрязняет окружающую среду. Пока не найдено удовлетворительных способов нейтрализации или утилизации совтола.

Трансформаторы с охлаждением негорючим жидким диэлектриком в СССР изготовляются мощностью до 2500 кВ ¦ А включительно для установки в помещениях. Однако применяемая в трансформаторах жидкость (совтол) экологически небезопасна, поэтому в настоящее время для вновь проектируемых объектов совтоловые трансформаторы находят ограниченное применение. Ведутся поиски экологически безопасного заменителя совтола. Вместо совтоловых мо-

Совтоловые трансформаторы следует применять в тех случаях, когда по условиям среды нельзя приблизить к центрам нагрузки масляные трансформаторы или суммарная мощность масляных трансформаторов, устанавливаемых в одном месте, превышает допустимую, а сухие трансформаторы по каким-либо причинам не могут быть установлены. Совтоловые трансформаторы поставляются изготовителями с заваренными крышками баков и в процессе многолетней эксплуатации не требуют осмотра выемной части, взятия проб жидкости, ее доливки, слива или регенерации.

Охлаждение негорючим жидким диэлектриком (совтол) естественное иди с дутьем. Трансформаторы с таким охлаждением изготовляются мощностью до 2 500 кВ-А включительно Для установки внутри зданий. Совтоловые трансформаторы пожаробез-

Трансформаторы, заполненные негорючей жидкостью, которая называется совтолом, изготовляют на мощность 630—2500 кВ-А. Их целесообразно применять, когда по условиям 1 среды нельзя приблизить к центрам нагрузок масляные трансформаторы и в то же время недопустима установка сухих негерметизиро-ванных трансформаторов. Так как совтол токсичен, того совтолового хозяйства на предприятиях не предусматривается. Герметизированные совтоловые трансформаторы должны практически исключать какие-либо работы при монтаже и в эксплуатации по заливке, доливке, сливу и взятию проб негорючей жидкости. В редких случаях неисправности сов-толовый трансформатор следует направлять, на завод-изготовитель для ремонта. На предприятии следует предусматривать «складской» резерв.

Сухие или совтоловые трансформаторы можно устанавливать непосредственно в производственных и других- помещениях без ограничения мощности, а также в подвалах и на любом этаже зданий, а масляные нельзя ставить выше второго этажа и ниже первого этажа более чем на 1 м. В этом заключается преимущество сухих и совтоловых трансформаторов.

Сухие и совтоловые трансформаторы в 2,5—2,9 раза дороже масляных.

2.9. Совтоловые трансформаторы и их утилизация

Совтоловые трансформаторы хранят в заводской упаковке в месте, защищенном от атмосферных осадков.

2.9. Совтоловые трансформаторы и их утилизация............................78