Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Справка >> Основные узлы силового трансформатора

Основные узлы силового трансформатора

К основным узлам трансформатора относятся: магнитопровод (остов) с магнитной цепью из активной стали со всеми креплениями и деталями; обмотки с изоляцией, отводами и креплениями; переключатель ответвлений; бак с арматурой и элементами охлаждения; вводы; защитные и контрольно-измерительные устройства. На рисунке 1 показан общий вид силового трансформатора. силовой трансформатор 1 — бак; 2 — радиатор; 3 — расширитель; 4 — маслоуказатель; 5 — ввод ВН; 6 — привод переключающего устройства; 7 — ввод НН. Рисунок 1 - Внешний вид силового трансформатора.

Магнитопровод.

В трехфазных трансформаторах I—II габаритов наибольшее распространение получили несимметричные магнитопроводы трехстержневого шихтованного типа. Магнитопровод собран из отдельных тонких пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга пленкой специального жаростойкого покрытия или лака КФ-965. Шихтовка — сборка пластин в переплет (рисунок 2), получается при чередовании слоев: пластины стержней переходят в ярма, а пластины ярм — в стержни. Поперечное сечение стержней — многоступенчатое, приближающееся по форме к кругу для лучшего использования пространства внутри обмоток (рисунок 3). Сечение ярм может применяться разное: многоступенчатое (повторяющее форму стержней) , прямоугольное (рисунок 4,а), Т-образное (рисунок 4,б) и крестообразное (рисунок 4,в). пластины магнитопровода трансформатора Рисунок 2 - Сборка пластин магнитопровода в переплет D0 — диаметр описанной окружности стержня Рисунок 3 - Форма поперечного сечения стержней магнитопровода ярма магнитопроводов трансформатора Рисунок 4 - Поперечные сечения ярм магнитопроводов Пластины ярм как верхнего, так и нижнего скрепляют ярмовыми балками, стянутыми тремя горизонтальными прессующими шпильками. Шпильки изолируют от стали ярма бумажно-бакелитовыми трубками и изоляционными шайбами. Активную сталь магнитопровода заземляют луженой медной лентой 2 (рисунок 5), вставленной одним концом между пластинами первого пакета, а другим — между электрокартонной прокладкой и ярмовой балкой стороны низшего напряжения (НН). заземления магнитопровода трансформатора Рисунок 5 - Установка заземления магнитопровода

Обмотки трансформаторов

Трансформаторы I—II габаритов имеют в основном цилиндрические двух- и многослойные обмотки (рисунок 6). Обмотки НН наматывают проводом прямоугольного сечения, а ВН — круглого. Сечение витка обмотки НН значительно больше, чем ВН, так как число витков у обмотки НН меньше, а ток в ней больше (отношение токов в обмотках НН и ВН связано с отношением их напряжений и в зависимости от схемы и группы соединений обмоток входит в определение коэффициента трансформации). Виток обмотки НН с низким номинальным напряжением (230 В), изображенной на рисунке 6, состоит из двух параллельных проводов. Провода изолируют бумажной изоляцией, которая достаточна для изоляции между витками. Соседние слои изолируют дополнительно кабельной бумагой. Число слоев зависит от мощности трансформатора. Начиная с мощности 100 кВА все слои каждой обмотки разделяют на две части охлаждающим каналом, образуемым деревянными или электрокартонными рейками. Обмотки трансформаторов а — обмотка НН — двухслойная с двумя параллельными проводами; б — обмотка ВН — многослойная Рисунок 6 - Обмотки трансформаторов I—II габаритов Трансформаторные заводы изготовляют обмотки НН и ВН раздельно. Каждую обмотку наматывают на бумажно-бакелитовый цилиндр толщиной 1,5—2,5 мм, а затем в обмотку ВН с натягом впрессовывают обмотку НН (вместе с рейками, образующими канал между обмотками). Раньше собранные и проверенные обмотки пропитывали глифталевым лаком, а затем запекали в печах при атмосферном давлении и температуре 80—90° С. Обмотки становились жесткими, монолитными, что, как предполагалось, должно было предохранить их от механических повреждений. Однако специальными испытаниями было доказано, что механическая прочность обмоток благодаря пропитке повышается незначительно, но это создает некоторое удобство при сборке. Но динамическую устойчивость обмоток при коротких замыканиях в трансформаторе пропитка не повышает. Более действенными мерами, которые сейчас применяют как трансформаторные, так и электроремонтные заводы, являются: введение магнитосимметричных схем обмоток; пофазная намотка, при которой непосредственно на обмотку НН, не снимая ее со станка, наматывают обмотку ВН, и др. Следует также учитывать, что трансформаторное масло с применяемыми сейчас присадками с течением времени растворяет глифталевый лак, который уходит в шлам. Была изготовлена опытная партия трансформаторов с непропитанными обмотками, она успешно прошла серию специальных испытаний. И сейчас обмотки трансформаторов I—II габаритов не пропитывают. Некоторые трансформаторы старых серий имели обмотки других типов: винтовые (ТСМАН), непрерывные (типа ТМ-560/10). Внутренняя изоляция трансформатора состоит из главной изоляции обмоток, продольной изоляции обмоток, изоляции отводов и переключателя ответвлений относительно бака и других заземленных частей. Главная изоляция обмоток изолирует обмотки друг от друга и от заземленных частей (рисунок 7). Это, кроме цилиндров обмоток и масляных каналов между стержнем магнитопровода и обмоткой НН и между обмотками НН и ВН, междуфазная перегородка (между обмоткой ВН разных фаз) из листа электрокартона толщиной 2—3 мм, а также ярмовая и уравнительная изоляции. изоляции обмоток в трансформатора а — схема изоляции обмоток фазы А; б — размещение деталей главной изоляции обмоток в трансформаторе Рисунок 7 - Главная изоляция обмоток Ярмовая изоляция изолирует обмотки от ярма и располагается вверху и внизу между торцовой частью обмотки и уравнительной изоляцией. Последняя выравнивает плоскость ярмовых балок с горизонтальной плоскостью ярма. Конструкции ярмовой и уравнительной изоляции у трансформаторов I—II габаритов самые различные. На рисунке 8 изображена ярмовая изоляция, представляющая собой кольцеобразную шайбу из электрокартона толщиной 2—3 мм с прикрепленными по обеим сторонам подкладками. Уравнительную изоляцию изготовляют в виде настила из деревянных планок. Иногда этот настил служит одновременно и ярмовой и уравнительной изоляцией, а между обмоткой и ярмом устанавливают электрокартонные щитки. Ярмовая изоляция трансформатора Рисунок 8 - Ярмовая изоляция Продольная изоляция обмотки включает в себя витковую изоляцию и изоляцию между слоями обмотки. Изоляцией отводов и переключателя ответвлений относительно бака и других заземленных частей у трансформаторов I—II габаритов является только масляный промежуток, его величина зависит от напряжения и от формы заземленной и токоведущей частей: при заостренной форме масляный промежуток больше, а при плоской меньше. У трансформаторов 10 кВ обмотка ВН отстоит от стенки бака не менее чем на 25 мм; отвод с твердой изоляцией толщиной 2 мм на сторону — не менее чем на 10 мм. Отводы — это провода, соединяющие концы обмоток между собой, с вводами и с переключателем ответвлений. Отводы НН выполняют из алюминиевых шин. При напряжении до 525 В их не изолируют. Сечение отводов выбирают из расчета плотности тока не более 4,8 А/мм2. Отводы ВН выполняют из медных прутков или гибкого медного кабеля. Прутки диаметром до 5,2 мм изолируют кабельной бумагой, при большем диаметре на них насаживают бумажно-бакелитовые трубки. Для изолированных медных отводов допускаемая плотность тока составляет 2,5 А/мм2.

Переключатель ответвлений трансформатора

Все трансформаторы для распределительных сетей имеют устройства переключения ответвлений обмоток: либо под нагрузкой (устройства РПН), либо без возбуждения (устройства ПБВ). Устройства РПН для трансформаторов I—II габаритов практически не применяются. Устройства ПБВ применяются на стороне ВН для регулирования напряжения в диапазоне ±5% номинального значения. Устройство состоит из переключателя ответвлений, расположенного внутри трансформатора, на ярмовой балке магнитопровода или под крышкой бака, и ручного привода, выведенного наружу, на крышку бака. Переключатели ответвлений выполняют на три или на пять ступеней регулирования: «номинал» и два крайних положения или «номинал» и ±2X2,5%. На трансформаторах, выпущенных в разное время разными заводами, могут встретиться самые различные переключатели ответвлений. Это как «нулевые» так и строенные трехфазные системы. На рисунках 9—11 показаны наиболее распространенные переключатели трансформаторов I—II габаритов: ламельный «нулевой», сегментный «нулевой» и реечный строенный. переключатель ответвлений трансформатора 1, 9, 18, 26 — шайбы; 2 — винт; 3 — втулка; 4 — сальниковая набивка; 5 — гайка сальника; 6 — гайка фланца; 7 — болт; 8 — колпак; 10 — фланец; 11 и 12 — прокладки; 13, 21 — колпаки; 14 — корпус переключателя; 15 — неподвижный контакт; 16 — пружинная шайба; 17 — гайка; 19 — звезда; 20 - пружина; 22 — диск; 23 — контргайка; 24 — шплинт; 25 — вал Рисунок 9 - Высоковольтный переключатель ответвлений переключатель ответвлений трансформатора
а — внешний вид; б — схема контактов; 1 — неподвижные контакты; 2 — цилиндр; 3 — коленчатый вал; 4 — подвижные контакты; 5 — приводной вал; 6 — фланец; 7 — колпак; 8 — стопорный болт; 9 — стрелка; 10 — ось Рисунок 10 - Переключатель ответвлений типа ТПСУ-9-120/10
переключатель ответвлений трансформатора
1 — бумажно-бакелитовая трубка; 2 — неподвижный контакт: 3 —подвижный контакт; 4 — пружина; 5 — болт; 6 — рейка; 7 — винт; 8 — держатель; 9 — колпак; 10 — указатель ступеней; 11 — фиксатор; 12 — шестерня; 13, 15 -- валы; 14 — бумажно-бакелитовая трубка; 16, 19 - втулки; 17 — сальниковая набивка; 18, 21 — гайки; 20, 22 — винты; 23 — кольцо Рисунок 11 - Реечный переключатель ответвлений типа ПТО-10/63-65

Вводы трансформатора

Вводы служат для подключения трансформатора к сети. Вводы устанавливают в отверстиях на крышке или реже на боковой стенке бака. Существуют разные конструкции вводов, они зависят от электрических параметров (класса напряжения и величины тока), рода установки (внутренней или наружной) и от способа присоединения к обмоткам трансформатора. Токоведущий стержень или провод изолируют от крышки фарфоровыми изоляторами. Фарфор и металл крышки имеют разное объемное расширение при колебаниях температуры и поэтому жесткое крепление между ними не может обеспечить необходимой маслоплотности. Ранее применяли соединение изоляторов с металлическими деталями через специальную армировочную замазку. На рисунке 12 показан ввод ВН. Изолятор армирован в круглый фланец. Вводы НН рассчитаны на большие токи порядка сотен и тысяч ампер, и во избежание нагрева фланцев возникающими в них вихревыми токами, все три изолятора вводов НН (рисунок 13) армируют в обойму, которая крепится в общем отверстии крышки шпильками и гайками на уплотнении. высоковольтный ввод трансформатора 1 — фарфоровый изолятор; 2 — токоведущая шпилька: 3 — резиновая шайба: 4 — колпак; 5 — фланец; б — прокладка; 7 — электрокартонная шайба; 8— стальная шайба; 9— крышка трансформатора; 10 — армировочная замазка Рисунок 12 - Армированный ввод ВН НН ввода трансформатора Рисунок 13 - Установка вводов НН в обойме Теперь все трансформаторные заводы перешли на изготовление съемных вводов, которые более технологичны в ремонте: для замены поврежденного фарфорового изолятора не требуется разборка трансформатора и отсоединение отводов внутри бака. Изолятор (рисунок 14) ввода ВН крепится к крышке через кулачки из алюминиевого сплава. Их фиксирует в строгом положении стальной фланец. ВН ввод трансформатора 1 - контактный наконечник; 2 — болт с гайками и шайбами; 3 — болт наконечника; 4 — специальная гайка; 5 — латунная втулка; 6 — резиновое кольцо; 7 — латунный колпак; 8 — винт для выпуска воздуха; 9 — резиновая шайба; 10 — выступ шпильки: 11 — электрокартонная шайба; 12 — буртик шпильки; 13 — фарфоровый изолятор; 14 - токоведущая шпилька; 15 — установочная шпилька; 16 — гайка; 17 — фланец; 18 — кулачок; 19 — резиновая прокладка; 20 — крышка трансформатора; 21 — гетинаксовая втулка; 22 —медная шайба; 23 — гайка Рисунок 14 - Съемный ввод ВН Отверстия в крышке для вводов НН соединяются прорезью, заваренной немагнитным металлом. Магнитопровод с обмотками, внутренней изоляцией, переключателем ответвлений и отводами в собранном виде называют активной частью трансформатора. Активную часть устанавливают в баке трансформатора, закрывают крышкой и заливают трансформаторным маслом. Существуют две принципиально различные конструкции установки активной части в баке. В трансформаторах старых выпусков активная часть механически связана с крышкой при помощи вертикальных шпилек. После установки крышки производят полную сборку деталей и частей, компонуемых на ней: привода переключателя и вводов во фланцах или в обоймах. Затем активную часть вместе с крышкой опускают в бак, от перемещений она удерживается деревянными планками и раскосами. Такая конструкция имеет ряд недостатков. Требуется очень тщательная подгонка длины шпилек по месту; изменение размеров баков и магнитопроводов даже в пределах допусков ведет либо к вспучиванию крышки, либо к появлению зазора между активной частью и дном бака. В обоих случаях трансформатор при транспортировке может выйти из строя. Другим недостатком является необходимость уплотнять соединения шпилек с крышкой, что создает дополнительные возможности для просачивания масла. Теперь у всех трансформаторов I—II габаритов активную часть механически с крышкой не связывают; она крепится в баке двумя или четырьмя крюками. Бак закрывают крышкой и только затем собирают все наружные элементы.

Бак с арматурой.

Бак трансформатора выполняет много функций. Это, во-первых, механическая основа, на ней внутри и снаружи крепятся все элементы трансформатора; это также и элемент охлаждения, передающий в окружающий воздух тепловые потери, и резервуар для масла, обладающий достаточной маслоплотностью. Ранее изготовлялись волнистые и трубчатые баки. Теперь все баки гладкие, овальной или прямоугольной формы. Для охлаждения используются ребра, приваренные к баку, или радиаторы из тонколистовых труб овального сечения (см. рисунок 1). Радиаторы могут быть съемными или вваренными. Съемные радиаторы легче ремонтировать, но от вибрации в их уплотнениях часто возникает течь масла. На баке крепится табличка паспортных данных. На ней обозначены все данные, требуемые при включении трансформатора в сеть, а также основные массы. К арматуре трансформатора относятся все вспомогательные устройства для нормальной длительной работы в условиях, для которых этот трансформатор предназначен: термосифонный фильтр для постоянной очистки масла от продуктов старения и случайно попадающей в него влаги; расширитель, обеспечивающий заполнение бака маслом и отсутствие в нем воздуха при колебаниях наружной температуры от +40 до —45°С; воздухоосушитель, через который сообщается воздушная полость расширителя с окружающим воздухом. Сорбент, засыпанный в воздухоосушитель, отбирает влагу из воздуха, поступающего в трансформатор при охлаждении и понижении уровня масла в расширителе. Об увлажнении и необходимости замены сорбента или его восстановления свидетельствует изменение цвета с голубого на розовый индикаторного силикагеля, засыпанного в прозрачный колпак воздухоосушителя. У современных трансформаторов воздухоосушитель встраивают в расширитель. К арматуре относятся также все сливные и заливные пробки с уплотнениями и пробка для взятия пробы масла (она, как правило, совмещается со сливной пробкой).
Защитные и контрольно-измерительные устройства — несложные, но весьма ответственные; от их исправности зависят надежность работы трансформатора и безопасность людей, находящихся в непосредственной близости от подстанции.

Трансформаторы с низшим напряжением до 525 В снабжают пробивным предохранителем (рисунок 15), который при пробое изоляции между обмотками ВН и НН или между отводами и появлении высокого потенциала на стороне НН соединяет цепь с землей (показано пунктиром). Рабочий элемент предохранителя — слюдяная прокладка с отверстиями, образующими искровые промежутки, которые пробиваются, т. е. перекрываются электрической дугой. Правильно налаженная релейная защита должна своевременно отключить трансформатор от сети, чтобы повреждение не распространялось и его легко можно было устранить.
Пробивной предохранитель
1 — обмотка ВН; 2 — обмотка НН; 3 — болт крепления крышки бака; 4 — перемычка; 5 — скоба; 6 — верхняя часть контактной головки; 7 — цокольный контакт; 8 — слюдяная прокладка с искровыми промежутками; 9 — нижняя часть контактной головки; 10 — центральный контакт; 11 — нулевой ввод; 12 — стенка бака; 13 — заземление бака Рисунок 15 - Пробивной предохранитель
Контрольно-измерительными приборами у трансформаторов I—II габаритов являются маслоуказатель и стеклянный термометр. Маслоуказатель (см. рисунок 1) у современных трансформаторов выполнен почти заподлицо со съемным дном расширителя. Он показан на рисунке 16. На масломерном стекле или на дне расширителя имеются три риски, соответствующие нормальному уровню масла в расширителе (при +15°С), минимальному (при —45° С) и максимальному (при +40° С). У трансформаторов старых выпусков маслоуказатели делались трубчатые. Риски на дне расширителя соответствовали другим минимальному и максимальному значениям температуры: —35 и +35° С.
маслоуказатель трансформаторов
1 — продольное окно в дне расширителя; 2 — плоский фасонный фланец; 3 — резиновая прокладка; 4 — плоское стекло; 5 — шпилька; 6 — гайка; 7 — шайба Рисунок 16 – Маслоуказатель трансформаторов
Термометр, показывающий температуру масла под крышкой трансформатора, устанавливают в специальной гильзе, пропущенной через крышку внутрь бака. Дно гильзы завальцовывают. Ранее допускалось применение ртутных термометров. Однако в связи со случаями их поломки и попаданием ртути внутрь бака на токоведущие части, что явилось причиной аварий трансформаторов, в настоящее время применяют только спиртовые термометры или электронные датчики.
 
« Основные требования, предъявляемые к трансформаторному маслу   Остов трансформатора и его магнитная система »
электрические сети