Элементы конструкции силовых трансформаторов



Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка.

Магнитная система

В магнитной системе проходит магнитный поток трансформатора (отсюда название «магнитопровод»). Магнитопровод является конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехнической стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

В течение многих лет применялась горячекатаная сталь ЭЧ1, ЭЧ2 с толщиной листов 0,5-0,35 мм, допускающая индукцию 1,4-1,45 Тл, с удельными потерями 2,5-3,5 Вт/кг. В настоящее время применяется холоднокатаная текстурованная сталь марок 3405, 3406, т.е. сталь с определенной ориентировкой зерен, допускающая индукцию до 1,7 Тл, с удельными потерями 0,9-1,1 Вт/кг. Применение такой стали позволило значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большей допустимой магнитной индукции, уменьшить диаметр витков обмотки, уменьшить массу и габариты трансформаторов. Масса трансформаторов на единицу мощности в 1930г. достигала 3,33 т/(МВА), а в настоящее время 0,74 т/(МВА).

Уменьшение удельных потерь в стали, тщательная сборка магнитопровода, применение бесшпилечных конструкций, соединение стержней с ярмом с помощью косой шихтовки позволяют уменьшить потери холостого хода и ток намагничивания трансформатора. В современных мощных трансформаторах ток намагничивания составляет 0,5-0,6% I

ном, тогда как в трансформаторе с горячекатаной сталью ток достигал 3%; потери холостого хода уменьшились вдвое.

Листы трансформаторной стали должны быть тщательно изолированы друг от друга. Первоначально применялась бумажная изоляция — листы оклеивались с одной стороны тонким слоем специальной бумаги. Бумага создает потную электрическую изоляцию между листами, но легко повреждается при сборке и увеличивает размеры магнитопровода. Широко применяется изоляция листов лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Лаковая пленка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке. Последнее время все шире применяется двустороннее жаростойкое покрытие листов стали, наносимое на металлургическом заводе после проката. Толщина покрытия меньше 0,01 мм, что обеспечивает лучшие свойства магнитной системы. Стяжка стержней осуществляемся стеклобандажами, ярм — стальными полу бандажами или бандажами.

Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов трансформатора. На остове устанавливают обмотки и крепят проводники, соединяющие обмотки с вводами, составляя активную часть.

Рис.1. Обмотки трансформатора:

а — концентрическая, б — чередующаяся

Обмотки трансформаторов

Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки НН и ВН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рис.1,а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рис.1,б). В такой обмотке значительное число паек, она менее компактна и применяется для специальных электропечных трансформаторов или для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной электрической и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от нее должна без повреждений выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения. Обмотки должны выдерживать электродинамические усилия, которые появляются при протекании токов КЗ. Необходимо предусмотреть надежную систему охлаждения обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изоляции.

Для проводников обмотки используются медь и алюминий. Как известно, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспечило широкое применение меди для обмоток трансформаторов. Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным сопротивлением, требует новой технологии выполнения обмоток. В настоящее время трансформаторы с алюминиевой обмоткой изготовляются на мощность до 6300 кВА.

В современных трансформаторах для обмотки применяется транспонированный провод, в котором отдельные проводники в параллельном пучке периодически изменяют свое положение. Это выравнивает сопротивление элементарных проводников, увеличивает механическую прочность, уменьшает толщину изоляции и размеры магнитопровода.

Изоляция трансформатора

Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции.

В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция).

Значительный эффект дает применение изоляции из специально обработанной бумаги (стабилизированной), которая менее гигроскопична, имеет более высокую электрическую прочность и допускает большой нагрев. В сухих трансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

Активную часть трансформатора вместе с отводами и переключающими устройствами для регулирования напряжения помещают в бак. Основные части бака — стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства — радиаторы.

В трансформаторах небольшой мощности бак выполняется с верхним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку трансформатора, а затем поднять активную часть из бака.

Если масса активной части более 25т, то она устанавливается на донную часть бака, а затем накрывается колоколообразной верхней частью бака и заливается маслом. Такие трансформаторы с нижним разъемом не нуждаются в тяжелых грузоподъемных устройствах для выемки активной части, так как при ремонтах после слива масла поднимается верхняя часть бака, открывая доступ к обмоткам и магнитопроводу.

Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экранируются с внутренней стороны пакетами из электротехнической стали или пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).

Расширитель трансформатора

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него. Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Для предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикагелевый воздухоосушитель. Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колебаниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается. Для предотвращения этого применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом), поступающим из специальных эластичных емкостей. Возможно применение специальной пленки — мембраны на границе масло-воздух. Осушение воздуха в расширителе осуществляют термовымораживателями.

К баку трансформатора крепится термосифонный фильтр, заполненный силикагелем или другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции масла через фильтр происходит непрерывная регенерация его.

Рис.2. Трансформатор трехфазный трехобмоточный ТДТН-16000-110-80У1
1 — бак, 2 — шкаф автоматического управления дутьем, 3 — термосифонный фильтр,
4 — ввод ВН, 5 — ввод НН, 6 — ввод СН, 7 — установка трансформаторов тока 110 кВ,
8 — установка трансформаторов тока 35 кВ, 9 — ввод 0 ВН, 10 — ввод 0 СН,
11 — расширитель, 12 — маслоуказатель стрелочный, 13 — клапан предохранительный,
14 — привод регулятора напряжения, 15 — электродвигатель системы охлаждения,
16 — радиатор, 17 — каретка с катками

Для контроля за работой трансформатора предусматриваются контрольно-измерительные и защитные устройства. К контрольным устройствам относятся маслоуказатель и термометры. Маслоуказатель устанавливается на расширителе, термометр — на крышке бака. К защитным устройствам относятся реле понижения уровня масла и газовое реле.

На мощных трансформаторах 330-750 кВ дополнительно применяются устройства контроля изоляции вводов (КИВ) и манометры, контролирующие давление масла в герметичных вводах ВН. Основные конструктивные узлы трансформаторов показаны на рис.2.



Конструкция и техническая характеристика силовых трансформаторов 6-10 кВ

Конструкция масляных трансформаторов.

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения — более низкого или более высокого. Трансформаторы, понижающие напряжение, называют понижающими, а повышающие напряжение — повышающими.
Трансформаторы изготовляют двухобмоточные и трехобмоточные. Последние кроме обмотки НН и ВН имеют обмотку СН (среднего напряжения). Трехобмоточный силовой трансформатор позволяет снабжать потребителей электроэнергией разных напряжений. Обмотка, включенная в сеть источника электроэнергии, называется первичной, а обмотка, к которой присоединены электроприемники,— вторичной.
В рассматриваемых распределительных устройствах и подстанциях промышленных предприятий применяют трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в 0,23 и 0,4 кВ.
В зависимости от изолирующей и охлаждающей среды различают трансформаторы масляные ТМ и сухие ТС. В масляных основной изолирующей и охлаждающей средой являются трансформаторные масла, в сухих — воздух или твердый диэлектрик. В специальных случаях применяют трансформаторы с заполнением баков негорючей жидкостью — совтолом.
Основой конструкции трансформатора служит активная часть, состоящая из магнитопровода 4 (рис. 1) с расположенными на нем обмотками низшего напряжения 3 и высшего напряжения 2 отводов и переключающего устройства. Магнитопровод, набранный из отдельных тонких листов специальной трансформаторной стали, изолированных друг от друга покрытием, состоит из стержней, верхнего и нижнего ярма. Такая конструкция способствует уменьшению потерь на нагрев от перемагничивания (гистерезис) и вихревых токов.
Соединительные провода, идущие от концов обмоток и их ответвлений, предназначенные для регулирования напряжения, называют отводами, которые изготовляют из неизолированных медных проводов или проводов, изолированных кабельной бумагой либо гетинаксовой трубкой.
Переключающие устройства обмоток трансформатора служат для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах, поддерживания номинального напряжения на зажимах вторичной обмотки при изменении напряжения на первичной или вторичной обмотке. С этой целью обмотки ВН трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями, которые подсоединяют к переключателям.

Рис. 1. Активная часть трансформатора серии ТМ: 1 — ярмо, 2 и 3 — обмотки ВН и НН, 4 — магнитопровод
Необходимость регулирования вызвана тем, что в электросистемах возможны различные отклонения от нормального режима электроснабжения, приводящие к неэкономичной работе приемников, преждевременному износу и сокращению сроков их службы. Особенно чувствительны к повышению напряжения электролампы, радиолампы и лампы телевизоров: срок их службы резко сокращается при систематическом увеличении напряжения.
В трансформаторах могут быть два вида переключений ответвлений: под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой) и без нагрузки после отключения трансформатора — ПБВ (переключение без возбуждения). С помощью ПБВ и РПН можно поддерживать напряжение, близким к номинальному во вторичных обмотках трансформаторов.
Переключение осуществляют изменением числа витков с помощью регулировочных ответвлений обмоток, т. е. изменением коэффициента трансформации, который показывает, во сколько раз напряжение обмотки ВН больше напряжения обмотки НН или во сколько раз число витков обмотки ВН больше числа витков обмотки НН. Пределы регулирования вторичных напряжений для разных трансформаторов различны: на ±10% 12 ступенями по 1,67% или 16 ступенями по 1,25% с помощью РПН; на ±5% четырьмя ступенями по 2,5% с помощью ПБВ.
Бак трансформатора, в который погружена активная часть, представляет собой стальной резервуар овальной формы, заполненный трансформаторным маслом. Масло, являясь охлаждающей средой, отводит теплоту, выделяющуюся в обмотках и магнитопроводе, и отдает ее в окружающую среду через стенки и крышку бака. Кроме охлаждения активной части трансформатора масло повышает степень изоляции между токоведущими частями и заземленным баком.
Для увеличения поверхности охлаждения трансформатора баки изготовляют ребристыми, вваривают в них трубы или снабжают съемными радиаторами (только у трансформаторов мощностью до 25 кВ-А стенки бака гладкие). Радиаторы присоединяют к стенкам бака патрубками со специальными радиаторными кранами. У верхнего торца бака к его стенкам приваривают раму из угловой или полосовой стали, к которой крепят крышку на прокладках из маслоупорной резины.
В нижней части бака всех типов трансформаторов имеется кран для взятия пробы и слива масла, а в его днище (в трансформаторах мощностью выше 100 кВ-А) — пробка для спуска осадков после слива масла через кран. Второй кран устанавливают на крышке бака, через который заливают в него масло. Оба крана служат одновременно для присоединения к ним маслоочистительных аппаратов.
К дну баков трансформаторов массой выше 800 кг приваривают тележку с поворотными катками, конструкция крепления которых позволяет изменять направление передвижения трансформаторов с поперечного на продольное. Для подъема трансформатора на баке имеется четыре кольца-рыма. Активная часть поднимается за скобы в верхних консолях магнитопровода.
На крышке бака размещены вводы, расширитель и защитные устройства (выхлопная предохранительная труба, реле давления, газовое реле, пробивной предохранитель). К стенкам бака приваривают подъемные крюки, прикрепляют манометрический сигнализатор (у трансформаторов мощностью свыше 1000 кВ- А) и устанавливают фильтры. Трансформатор серии ТМ-1000-10 показан на рис. 2.

Рис. 2. Трехфазный силовой трансформатор мощностью 1000 кВ А с масляным охлаждением:
1 — бак, 2 и 5 — нижняя и верхняя ярмовые балки магнитопровода, 3 — обмотка ВН, 4 — регулировочные отводы к переключателю, 6 — магнитопровод, 7 — деревянные планки, 8 — отвод от обмотки ВН, 9 — переключатель, 10 — подъемная шпилька, 11 — крышка бака, 12 — подъемное кольцо (рым), 13 и 14 — вводы ВН и НН, 15 — предохранительная труба, 16 — расширитель (консерватор), 17 — маслоуказатель, 18 — газовое реле, 19 — циркуляционные трубы, 20 — маслоспускной кран, 21 — катки

Вводы 14 и 15 представляют собой фарфоровые проходные изоляторы, через которые выводы обмоток трансформатора присоединяются к электрическим сетям.
Большинство трансформаторов оборудовано расширителями (рис. 3), обеспечивающими постоянное заполнение бака маслом и уменьшающими поверхность соприкосновения масла с воздухом, следовательно, защищающими масло от увлажнения и окисления. У расширителя есть отверстие для всасывания и вытеснения воздуха при изменении уровня содержащегося в нем масла (дыхательная пробка).

Рис. 3. Расширитель:

1 — бак расширителя, 2 — маслоуказатель, 3 — маслоуказательное стекло, 4 — угольник, 5 — запирающий болт, 6 — крышка трансформатора, 7 — газовое реле, 8 — плоский кран, 9 — трубопровод, 10— опорная пластина

Расширитель имеет цилиндрическую форму, закрепляется на кронштейне, установленном на крышке 6 трансформатора, и сообщается с баком трансформатора трубопроводом, не выступающим ниже внутренней поверхности крышки трансформатора и заканчивающимся внутри расширителя выше его дна во избежание попадания осадков масла в бак 1. Внутренняя поверхность расширителя имеет защитное покрытие, предохраняющее масло от соприкосновения с металлической поверхностью и расширитель от коррозии. В нижней части расширителя имеется пробка для слива масла из него.
Объем расширителя определяют так, чтобы уровень масла оставался в его пределах как летом при 35 °С и полной нагрузке трансформатора, так и зимой при минимальной температуре масла и отключенном трансформаторе. Обычно объем расширителя составляет 11 —12% объема масла в баке трансформатора. Для наблюдения за уровнем масла на боковой стенке расширителя устанавливают маслоуказатель 2, выполненный в виде стеклянной трубки в металлической оправе.
Емкость расширителя должна обеспечивать постоянное наличие в нем масла при всех режимах работы трансформатора от отключенного состояния до номинальной нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха, причем при допустимых перегрузках масло не должно выливаться.
В герметичных масляных трансформаторах и трансформаторах с жидким негорючим диэлектриком поверхность масла защищают сухим азотом, а в заполненных совтолом -10 — сухим воздухом. Негерметичные масляные трансформаторы мощностью 160 кВ- А и более, в которых масло в расширителе соприкасается с окружающим воздухом, имеют термосифонный или адсорбционный фильтр, а трансформаторы мощностью 1 мВ • А и более с естественным масляным охлаждением и азотной подушкой — термосифонный фильтр (кроме трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком).
Масляные трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более с расширителем снабжают защитным устройством, предупреждающим повреждение бака при внезапном повышении внутреннего давления более 50 к Па. К защитным устройствам относят выхлопную трубу со стеклянной диафрагмой и реле давления. Масляные трансформаторы и трансформаторы с жидким диэлектриком с азотной подушкой без расширителя имеют реле давления, срабатывающее при повышении внутреннего давления более 75 кПа.
Нижний конец выхлопной трубы соединяют с крышкой бака, а на верхний ее конец устанавливают тонкую стеклянную мембрану (от 2,5 до 4 мм) диаметром 150, 200 и 250 мм, которая разрушается при определенном давлении и дает выход газу и маслу наружу раньше, чем произойдет деформация бака. Реле давления размещают на внутренней стороне крышки трансформатора. Основными его элементами являются ударный механизм и стеклянная диафрагма. При достижении определенного давления в баке механизм срабатывает, разбивает диафрагму и обеспечивает свободный выход газам.
Трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более, имеющие расширитель, снабжают газовым реле, которое реагирует на повреждения внутри бака трансформатора (электрический пробой изоляции, витковое замыкание, местный нагрев магнитопровода), сопровождающиеся выделением газа или резким увеличением скорости перетекания масла из бака в расширитель. Выделение газообразных продуктов происходит в результате разложения масла и других изоляционных материалов под действием высокой температуры, возникающей в месте повреждения. На этом явлении основана работа газовой защиты трансформатора от внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газов при их утечке, утечке масла и попадании воздуха в бак. Основной элемент этой защиты — газовое реле, устанавливаемое обычно на трубопроводе, который соединяет расширитель с баком, имеющим наклон к горизонтали от 2 до 4 В газовом реле имеются две пары контактов для работы на сигнал или отключение.
Пробивные предохранители служат для защиты от пробоя обмоток ВН на обмотки НН. Устанавливают их на крышке бака и подсоединяют к нулевому вводу НН, а при напряжении 690 В — к линейному вводу.
При пробое изоляции между обмотками ВН и НН промежуток между контактами, в котором проложены тонкие слюдяные пластины с отверстиями, пробивается и вторичная обмотка оказывается соединенной с землей.
Для заземления трансформаторов служит специальный заземляющий контакт с резьбой не менее Ml2, расположенный в доступном месте нижней части бака со стороны НН и обозначенный четкой несмывающейся надписью «Земля» или знаком заземления. Поверхность заземляющего контакта должна быть гладкой и зачищенной; заземление осуществляют подсоединением стальной шины сечением не менее 40><4 мм.
Для измерения температуры масла на трансформаторах монтируют ртутные термометры со шкалой от 0 до 150° С или термометрические сигнализаторы ТС со шкалой от 0 до 100° С. Последние снабжены двумя передвижными контактами, которые можно установить на любую температуру в пределах шкалы. Первый контакт, будучи включенным в сигнальную цепь, при определенной температуре масла дает сигнал; в случае дальнейшего повышения температуры масла второй контакт, соединенный с реле, отключает трансформатор. На трансформаторах мощностью 6300 кВ * А и выше установлены термометры сопротивления.
Для сушки и очистки увлажненного и загрязненного воздуха, поступающего в расширитель при температурных колебаниях масла, все трансформаторы снабжены воздухоочистительным фильтром — воздухоосушителем (рис. 4), который представляет собой цилиндр, заполненный силикагелем и размещенный на дыхательной трубке 1 расширителя.

Рис. 4. Воздухоочистительный фильтр (воздухоосушитель):
1 — дыхательная трубка, 2 — соединительная муфта, 3 — смотровое окно, 4 — бак трансформатора, 5 — масляный затвор, 6 — указатель уровня масла в затворе, 7— кронштейн
В нижней части цилиндра расположен масляный затвор 5 для очистки засасываемого воздуха, в верхней части — патрон с индикаторным силикагелем, который при увлажнении меняет свою окраску с голубой на розовую.
Для поддержания изоляционных свойств масла, а следовательно, продления срока его службы предназначен термосифонный фильтр (рис. 5), представляющий собой цилиндрический аппарат, заполненный активным материалом — сорбентом (поглотителем продуктов старения масла).

Рис. 5. Термосифонный фильтр:
1 — радиаторные краны, 2 — загрузочный люк, 3 — пробка с отверстием для выпуска воздуха, 4 — силикагель, 5 — сетка, 6 — дно с отверстиями, 7,8 — пробки для отбора пробы масла и его слива, 9 — корпус фильтра, 10 — стенка бака трансформатора
Фильтр присоединяют к баку трансформатора двумя патрубками и промежуточными плоскими кранами. Работа фильтра основана на термосифонном принципе: более нагретое масло верхних слоев, проходя через охлаждающее устройство, опускается вниз. Параллельно радиаторам подсоединен термосифонный фильтр. Следовательно, через фильтр масло проходит сверху вниз и непрерывно очищается. Фильтры устанавливают на трансформаторах мощностью 160 кВ * А и выше.
Особенности конструкции сухих трансформаторов. Масляный трансформатор взрыво- и пожароопасен, поэтому, когда из-за пожарной безопасности недопустимы масляные трансформаторы, используют сухие или трансформаторы с негорючим заполнителем (совтолом, пиранолом, кварцевым песком). Поскольку отсутствует масло, сухие трансформаторы можно устанавливать непосредственно в цехах промышленных предприятий без устройства специальных трансформаторных камер.
Силовые трехфазные сухие трансформаторы ТСЗ (рис. 6) в защищенном исполнении изготовляют мощностью от 160 до 1600 кВ * А, обмотки которых имеют класс напряжения 6—10 кВ для ВН и 0,23; 0,4 и 0,69 кВ для НН. Применяют также сухие трансформаторы мощностью менее 160 кВ- А (25, 40, 66, 100 кВ- А).
Условное обозначение трансформаторов. Обозначения типов трансформаторов построены по определенной системе, отражающей конструкцию (буквы) и основные электрические параметры (цифры). Буквенные обозначения следующие: первая буква — число фаз (О — однофазный, Т — трехфазный), вторая или две — вид охлаждения (М — естественное масляное, С — сухое без масла, Д — дутьевое, Ц — циркуляционное, ДЦ — принудительное циркуляционное с дутьем), третья — число обмоток (Т — трехобмоточный). В условном обозначении могут быть другие буквы, указывающие конструктивные особенности трансформатора.

Рис. 6. Силовой трехфазный сухой трансформатор ТСЗ:
I — активная часть, 2 — ввод ВН, С, 9 — коробки ввода ВН и НН, 4 — крышка люка, 5 — кожух, 6 и 8 — кольцо и пластина для подъема трансформатора, 7 — шины НН, 10 — тележка, 11 — каток
Первая цифра, стоящая после буквенного обозначения трансформатора, показывает номинальную мощность (кВ- А), вторая — номинальное напряжение обмотки ВН (кВ). В последнее время добавляют еще две цифры, означающие год разработки трансформатора данной конструкции, например обозначение трансформатора ТМ-1000/10—93 расшифровывается так: трехфазный, двухобмоточный с естественным масляным охлаждением, мощностью 1000 кВ • А и напряжением обмотки ВН 10 кВ, конструкции 1993 г.

Ещё по теме:

Основные элементы конструкции трансформатора: особенности

Трансформатор представляет собой устройство, необходимое для преобразования переменного напряжения. Оборудование статическое, главными составляющими являются обмотки и магнитопровод. В результате прохождения электрического тока через систему происходит преобразование, при этом частота не изменяется. Основные элементы конструкции силового трансформатора выполняются в строгом соответствии с расчетными графиками. Отклонение даже в тысячной может привести к короткому замыканию, отсутствию эффективности прибора.

Основные элементы трансформатора

Активным элементом является каждая конструктивная деталь. Трансформатор представляет собой довольно сложное оборудование, состоящее из нескольких десятков узлов. Но к главным относятся только магнитная система, в общем смысле представленная магнитопроводом, а также изоляция, обмотки в определенном количестве и расширитель. Дополнительными, способствующими работе элементами, являются баки и выводы, прибор для постоянного охлаждения, переключатели и регулировщики подачи напряжения, измерительные вариации и защитные кожухи, тележки для перевозки и тому подобное.

Магнитная система

Магнитопровод — основной конструктивный элемент системы трансформатора. Он работает в магнитной системе — собирательное название для узла. Поток тока подается через узел, что приводит в результате функционирования определенных приборов к преобразованию и достижению необходимых показателей.

Магнитный провод изготавливается в силовом тс из нескольких листов качественной стали. Используется специальный вид — электротехническая, обладающая повышенными характеристиками проводимости и прочности. В обязательном порядке эти листы, которые рассчитаны на работу с нужным показателем магнитной индуктивности, изолируются — используются специальные разделители. Это позволяет избежать скачка напряжения, а также потерь при прохождении тока.

Ранее использовались пласты из горячекатаной стали, которые показывали индуктивность до 1,45 Тл при уровне потерь до 3,5 Вт на кг. Толщина пластов составляла от 0,35 до 0,5 миллиметров. Теперь используется сталь, изготовленная холодно тканным методом с лучшими показателями. При удельных потерях, не превышающих 1,1 Вт на кг индукция составляет 1,7 Тл. Использование стали, сделанной по новейшим технологиям, дало массу преимуществ. В первую очередь, проводники стали выпускаться меньшего сечения. Это определяет не только то, что в результате получилось меньшее в два-три раза число обмоток трансформатора, но и то, что масса и размеры самого устройства значительно уменьшились.

В среднем сейчас вес трансформатора из расчета на единицу показываемой мощности составляет 74 сотых от тонны, в то время как сотню лет назад показатель минимум был 3,3. Следовательно, в результате использования новой методики холодно тканной стали удалось уменьшить размеры трансформатора, точней его магнитной части, в 4-5 раз.

Магнитная часть трансформатора работает с потерей холостого тока. Чтоб снизить влияние этой характеристики используются методики, касаемо уменьшения удельных потерь, магнитный провод тщательно обрабатывается перед сборкой.

Листы изолируются друг от друга в обязательном порядке. Если ранее для этой цели применялись обычные бумажные бруски, которые клеились на части пластины, то теперь их покрывают специальным лаком. Его слой едва достигает в 0,01 миллилитра, поэтому не влияет на работу магнитного провода. Он способствует уменьшению нагревания при функционировании и снижению риска повреждения.

Магнитопровод является основой трансформатора. К нему крепятся обмотки в определенном количестве и проводники. Часть активная, именно она отвечает за подсоединения выводов и обмоток.

Изоляция трансформатора

Изоляция оборудования является важной частью, которая регулирует эффективность, надежность и безопасность функционирования устройства. В масляных вариация тс основными элементами конструкции являются маслянистые смеси, в том числе и в сочетании с диэлектриками. Используется распространенная стабилизированная бумага. Она не восприимчива к нагреванию, обладает огромными диэлектрическими свойствами. Именно бумага является основным изоляционным вариантом в трансформаторах сухого типа.

К устройствам изоляции относят и конструктивные части механизма, в частности, стенки, крышки и дно. Радиаторы примыкают к стенкам, дно необходимо для закрепления деталей, а крышка позволяет закрепить вводы.

Конструктивные особенности больших и малых по весу и габаритам трансформаторов заметны визуально. Крышка небольшого варианта имеет разъем. При проведении планового осмотра или необходимых ремонтных работах она просто снимается. Если трансформатор массивный, то изоляция устанавливается на дно, потом заливается маслом. Доступ к ней осуществляется после слива активной части состава — она автоматически поднимается наверх. Дополнительными методиками изоляции являются и пакеты из стали или пластины из намагниченных элементов.

Обмотки трансформаторов

Обмотки выполняются чередующимися или концентрическими. Чередующиеся имеют вид невысоких цилиндров с равнозначными показателями, при этом они находятся параллельно друг другу. Такой вид обмотки довольно компактный, не так сильно греется. Но может использоваться только в ограниченных областях. В тоже время концентрированные обмотки размещаются на стержне и напротив друг друга.

Они удобны и практичны, довольно просты в сборке и ремонте, поэтому устанавливаются в большей части силовых тс.

Важные показатели обмоток — это прочность. Первое, что должна обеспечивать обмотка, – это защита от электричества, которое непременно возникают при протекании тока. Также обмотки обязательно должны быть механически прочными, так как при работе вводов и выводов возникают напряжения. Конструктивные узлы охлаждаются, так как перегрев грозит коротким замыканием.

Самые востребованные виды обмоток — медные и алюминиевые. Первые обладают механической прочностью, но не отличаются большим удельным сопротивлением, алюминий же показывает обратные характеристики.

Расширитель трансформатора

Расширитель — это цилиндрический сосуд, который необходим для снижения площадки взаимодействия воздуха и масла. Он соединяется с баком. Пр увеличении уровня начинает работу силикагель, поглощающий влагу из воздуха. Дополнение происходит постоянно.

Системы охлаждения силовых трансформаторов

Выделяют несколько систем охлаждения силового трансформатора. Среди них:

• естественное воздушное М — естественная конвекция масла;
• принудительное воздушное Д — охлаждающие поверхности уменьшают коэффициент теплоотдачи в 1,5-2 раза;
• естественное воздушное МЦ — применяется редко, принцип основан на действии насоса;
• принудительное воздушное ДЦ — насосы и вентиляторы, для трансформаторов от 100 МВ-А;
• принудительное водяное Ц — используется вода, циркулирующая по трубам;
• принудительное воздушное НДЦ — циркуляция масла в охлаждающих каналах;
• принудительное водяное НЦ — единичный НДЦ, но есть независимые контуры.

Система охлаждения побирается в зависимости от мощности. Для вариантов с малыми показателями достаточно естественного. Трансформаторы на больших производствах оснащаются системами НДЦ, ДЦ или НЦ.

конструкция, схема, принцип действия, типы

Тяговые типы трансформаторов устанавливаются на подстанциях, питающих электротранспорт. Оборудование используется на железной дороге, при работе трамваев, троллейбусов и поездов метрополитена. Подстанции с разным количеством трансформаторов используются на узлах подачи питания к подземному и наземному транспорту.

Применяются конструкции, состоящее из одного или нескольких агрегатов. Одноагрегатные подстанции используются на участках с централизованным снабжением. Линия обесточивается полностью при необходимости технического обслуживания неисправных подстанций.

Конструкция

Строение простого трансформатора:

• Сердечник.
• Обмотки для высокого и низкого напряжения, не соединенные друг с другом, отличающиеся количеством витков.
• Шихтованный магнитопровод и несколько обмоток входят в активную часть устройства.

Магнитопровод сконструирован из пары горизонтальных ярм и 2-х вертикальных стержней. Стержни собираются из нескольких сжатых стальных листов, используемых в электротехнике. Собираются пакеты разной ширины с изменяющимся сечением, приближенным по форме к круглому. Шпильки используются для сцепки листов, их изоляция обеспечивается бакелитовыми трубками, а под гайки ставятся шайбы из этого материала.

Ярма изготовлены из стальных листов, во время их сборки по бокам крепятся швеллера, соединенные болтами, ввинченными в торцы железных планок. Ярма соединены стальными стержнями магнитопровода.

Две силовые планки крепятся снизу к паре швеллеров, они создают опору для активной части трансформатора и прилегают ко дну бака. Швеллера, установленные на верхнем ярме, соединяются с крышкой с помощью болтов через овальные отверстия. Поэтому активная часть располагается внизу бака, а ее крышка прижимается к фланцам. Между металлическими элементами устанавливаются эластичные прокладки, не пропускающие масло.

Принцип действия

Главный принцип работы тяговых трансформаторов – это взаимная индукция. Электричество к обмоткам передается от главного источника. Переменный ток направляется на потребляющее устройство через зажимы обмотки.

Тяговые трансформаторы для тяговых подстанций регулируют до нужного уровня напряжение, подающееся на потребители электроэнергии. Настраивают выходное напряжение в зависимости от режима работы двигателей.

Схема соединения обмоток

В трансформаторе установлены три обмотки: первичная и две вторичные. Первая вторичная обеспечивает собственные потребности устройства, состоит из 22 витков и питает вспомогательное оборудование, а также основную вторичную обмотку. Обмотка собрана из двух нерегулируемых элементов из 20 витков и пары регулируемых. Они делятся на 4 секции по 5 витков, в каждой из них устанавливается ЭДС по 145 В.

Прогулка наматывается на 6 цилиндров, установленных на паре вертикально расположенных стержней.

Нерегулируемые элементы вторичной обмотки находятся на внутренних цилиндрах.

Условные обозначения начала и конца обмотки выражаются на схеме первыми и последними символами латинского алфавита. Прописные буквы применяются для обмотки с высоким напряжением, элементы, проводящие низкий ток, отмечаются строчными.

Обмотки на стержнях фиксируются на нескольких изоляционных цилиндрах с применением картонных прокладок или реек. Прокладки постепенно усаживается при использовании устройства. Деталь в форме наклонной штанги применяется для улучшения осевой стяжки. Один конец крепится на ярмовой балке, а другой соединяется с подвижным башмаком, установленным на присущим кольце.

Как выглядят матки скрепляются с двумя группами с помощью проводов группового переключателя. Обе группы через выпрямительное устройство соединяются с двигателем. Нерегулируемые элементы спиральных обмоток установлены возле сердечника. В центре находится сетевая непрерывная обмотка, эти элементы в обоих сердечниках соединяются параллельно. Дисковые катушки подвижной части находится на внешнем цилиндре.

Стальные шайбы крепится на магнитопровод при сборке активной части без верхнего ярма. Текстолитовые бруски ставятся веером на шайбы для того, чтобы масло протекало под обмоткой. Текстолитовые кольца ложатся на верхний виток на всех цилиндрах. Веером на них устанавливаются бруски, выводящие масло. На них крепятся металлические шайбы.

Назначение тяговых трансформаторов

Техника для тяговых подстанций делятся на три группы:

• Для метрополитена.
• Для железнодорожного сообщения.
• Длина земного транспорта в черте города.

Силовые трансформаторы тяговых подстанций отличаются несколькими особенностями. На их конструкцию влияет сфера применения и назначение. Агрегаты, установленные в трамваях, троллейбусах и поездах, значительно отличаются. Подстанции, обеспечивающие работу железнодорожного транспорта, находятся на расстоянии 25-50 км. Специальные требования выполняются при проектировании сети.

Профиль железнодорожного сообщения, эксплуатируемые транспортные средства, влияют на создание технологических карт и размещение трансформаторов.

Режим работы и типы, применяемые на тяговой подстанции

Трансформаторы для тяговых подстанций переменного тока делятся на группы с учетом условий эксплуатации.

Устройство, которое устанавливается на железнодорожных сообщениях:

• Опорные.
• Тупиковые.
• Промежуточные.

Опорные устройства применяются для питания других объектов. Тупиковые снабжаются электричеством от соседних трансформаторов, промежуточное устанавливаются между двумя соседями подстанциями.

Специальные виды используются для городского транспорта. Первая группа устройств требует регулярного обслуживания. Вторая работает полностью в автоматическом режиме. Действие третьего вида трансформаторов регулируется с помощью телеуправляемой техники, поэтому и поддержка таких устройств не требует работы обслуживающего персонала.

Изделия для метрополитена:

• Тяговые.
• Понизительные.
• Тягово-понизительные.

Понизительные снабжаются электричеством от городских сетей. Понизительные уменьшают напряжение до 400-220 вольт, питают силовые установки и освещение. Подстанции уменьшают напряжение до необходимого уровня.