Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Справка >> Остов трансформатора и его магнитная система

Остов трансформатора и его магнитная система

Конструкция, включающая в собранном виде магнитную систему со всеми деталями, служащими для ее крепления, называется  остовом  трансформатора.
Комплект пластин, изготовленных из электротехнической стали и собранных в определенной геометрической форме, предназначенной для концентрации основного магнитного поля трансформатора, называется  магнитной системой трансформатора. Магнитная система состоит из стержней, на которых расположены обмотки, и ярм, замыкающих магнитную цепь. Поверхность пластин изолирована либо жаростойкой пленкой или лаком, либо жаростойкой и лаковой пленками в сочетании.
По устройству различают броневые, бронестержневые и стержневые магнитные системы. В силовых трансформаторах наибольшее применение получила стержневая магнитная система, у которой в отличие от двух других нет боковых ярм.
По способу сборки магнитные системы подразделяются на стыковые и шихтованные. Стыковой называется магнитная система, в которой стержни и ярма собраны и скреплены раздельно и при сборке соединяются встык. Эта система отличается простотой сборки, но имеет ряд существенных недостатков и используются в настоящее время только в реакторах.
В отечественном трансформаторостроении в основном применяют шихтованную магнитную систему, в которой стержни и ярма собирают впереплет (рис. 1): укороченные пластины стержней 1 стыкуют с удлиненными пластинами  ярм, затем, перекрывая стык внахлест, удлиненные пластины стержней стыкуют с укороченными пластинами ярм. Укладывая слой за слоем, набирают магнитную систему до необходимой толщины. Такое сопряжение стержней с ярмами называют шихтовкой с прямым стыкованием пластин.
Шихтованная магнитная система с прямым стыкованием пластин
Рис. 1. Шихтованная магнитная система с прямым стыкованием пластин
Шихтование плоской трехстержневой магнитной системы с прямым стыкованием пластин
Рис.  2. Шихтование плоской трехстержневой магнитной системы с прямым стыкованием пластин:
а — положение  пластин  предыдущего    слоя,  б — положение пластин последующего слоя

Обычно для ускорения процесса сборки в каждый слой при шихтовке укладывают не по одной, а по две-три пластины, поэтому сборку называют шихтовкой р две или соответственно в три пластины. При такой сборке полная толщина стержней и ярм состоит из чередующихся слоев пластин (рис  2, а, б). Шихтовка пластин с прямыми стыками широко применялась в магнитных системах из горячекатаной стали. При применении холоднокатаной стали для более полного использования ее свойств магнитные системы собирают так, чтобы направление магнитного поля совпадало с направлением проката не только в стержнях и ярмах, но и в местах перехода из стержней в ярма. Для этого применяют схему сборки с косыми стыками (рис. 3, а, б), уменьшающими участки магнитной цепи, на которых индукционные линии не совпадают с направлением проката. В магнитных системах с косыми стыками уменьшаются общие потери холостого хода на 10—12%, а токи холостого хода — на 25—30%.
Шихтовка с косыми стыками несколько усложняет заготовку пластин и сборку магнитной системы, поэтому иногда сборку упрощают: делают четыре косых (по углам) и два прямых стыка, или комбинируют первый слой с косыми стыками, второй — с прямыми (рис. 4, а, б).
В трансформаторах I—II габаритов часто применяют витую магнитную системe в которой стержни и ярма образуют цельную конструкцию и получаются навивкой лент из электротехнической стали.

Схема шихтовки трехстержневой магнитной системы с косыми стыками пластин
Рис. 3. Схема шихтовки трехстержневой магнитной системы с косыми стыками пластин:
а — положение  пластин  предыдущего  слоя;  б — положение пластин последующего слоя

Пластины магнитных систем старых выпусков покрывали с двух сторон изоляционным лаком. В настоящее время используют рулонную трансформаторную сталь с жаропрочным изоляционным покрытием (оксидным и магниево-фосфатным), которую не требуется дополнительно изолировать лаком. Поперечное сечение стержней и ярм делают многоступенчатым с тем, чтобы па форме оно было близко к кругу. Это достигается применением пластин разной ширины.

Схема шихтовки с комбинированием прямых и косых стыков пластин
Рис. 4. Схема шихтовки с комбинированием прямых и косых стыков пластин:
а — первый   слой,  б — второй слой

Стержни и ярма магнитных систем трансформаторов мощностью 630 кВ'А и более скрепляют способом стягивания: шпилечным и бесшпилечным. Шпилечный способ заключается в том, что в сквозные отверстия стержней и ярм вставляют стальные шпильки, изолированные от активной стали и ярмовых балок бумажно-бакелитовыми трубками и изоляционными шайбами и затягивают их гайками. Такой способ в основном применялся в магнитных системах, собранных из пластин горячекатаной стали.
На рис. 5 показано устройство остова с трехстержневой шпилечной магнитной системой трансформатора третьего габарита. Стержни 1 стянуты шпильками 5, ярма 2 — шпильками 4 и ярмовыми балками 3. Ярмовые балки создают равномерную прессовку ярм и являются опорой для обмоток. Отверстия 7 на верхних ярмовых балках предназначены для крепления подъемных шпилек; вертикальные шпильки 5, изолированные бумажно-бакелитовыми трубками 9 связывают верхние ярмовые балки с нижними, а также служат для прессовки обмоток. Остов в дно бака опирается пластинами 11, которые изолированы от активной стали прокладками 10. Нарушение электрической изоляции между ними может привести к перегреву, увеличению потерь и повреждению трансформатора. Для изоляции балок от ярма между ними помещают электрокартонную прокладку 6. Изоляция шпилек от стержня и ярма показана на рис. 23.

Остов трехфазного трансформатора
Рис. 5; Остов трехфазного трансформатора со шпилечной стяжкой магнитной системы (а); электрокартонная изоляция ярмовой балки (б)
Конструкция изоляции стяжных шпилек
Рис. 6. Конструкция изоляции стяжных шпилек: а — стержня;  б — ярма;   1 — стяжная  шпилька,  2 — бумажно-бакелитовая трубка, 3 — активная сталь стержня, 4, 7 — электрокартонные прокладки, 5 —стальная шайба, 6 — активная сталь ярма, 8 — ярмовая балка

Из-за потерь от вихревых токов и перемагничивания стали магнитная система нагревается. Для отвода теплоты у магнитных систем трансформаторов мощностью до 6300 кВ-А обычно бывает достаточно их наружной поверхности. У более мощных трансформаторов охлаждающую поверхность увеличивают созданием каналов между пакетами пластин. Каналы делают также между ярмами и ярмовыми балками, устанавливая между ними изоляцию («мост»), состоящую из электрокартонной пластины 12 и прикрепленных к ней электрокартонными заклепками 14 подкладок 13, набранных до требуемой толщины из полосок электрокартона и склеенных бакелитовым лаком в горячем прессе (рис. 5,6).
При работе трансформатора остов находится в электрическом поле, вследствие чего он приобретает электрический заряд. Так как заряд в отдельных частях остова не одинаков, то между ними может возникнуть разность потенциалов, что вызывает разряды. Чтобы избежать этого явления, магнитную систему и ярмовые балки заземляют.
Существует несколько типовых схем заземления; выбор той или иной схемы зависит от мощности трансформатора и конструкции магнитной системы. На рис. 7 показана конструкция заземления, применяемая в трансформаторах от 1 до 6,3 MB-А. Между пластинами первого от ярмовой балки 7 пакета 1 на растоянии от края 10 мм (при толщине пакета менее 20 мм заземляющую шинку располагают по середине пакета) на глубину 75 мм вставлена луженая медная шинка 2 толщиной 0,3 мм и шириной 30 мм. Другой ее конец болтом 4 с помощью стопорной шайбы 5 прикреплен к бобышке 6, приваренной к ярмовой балке со стороны отводов НН. Симметрично такую шинку устанавливают на нижнем ярме. Цепь заземления через ярмовые балки и элементы конструкции соединена с заземляемым баком. У трансформаторов I иногда II габарита второй конец шинки зажимают между ярмовой балкой и электрокартонной прокладкой 3.

Конструкция заземления магнитной системы трансформаторов

Рис. 7. Конструкция заземления магнитной системы трансформаторов мощностью 1—6,3 MB-А

Способы бесшпилечной прессовки магнитной системы

Рис. 8. Способы бесшпилечной прессовки (стяжки) магнитной системы:
а — ярм внешними шпильками, стержней — стеклобандажами, б — ярм полубандажами; 1 — полоса из электрокартона, 2 — стеклобандаж, 3 — стержень, 4 — ярмовая балка, 5 — внешняя шпилька, 6 — верхнее ярмо, 7 — электрокартонная пластина, 8 — электрокартонная изоляция полубандажа, 9 — стальной полубандаж, изолированный стеклолентой, 10 — изоляционная прокладка из стеклотекстолита, 11 — стальная гайка с шайбой

В магнитных системах из холоднокатаной стали применяют бесшпилечную прессовку стержней и ярм. Поэтому необходимость в штамповке отверстий в пластинах отпадает; это позволяет более полно использовать свойства стали.
Для стяжки стержней некоторых  трансформаторов ранее применяли металлические бандажи. Однако в виду ряда недостатков они широкого распространения не получили. В настоящее время для стяжки стержней используют только стеклобандажи.
Бесшпилечная прессовка магнитной системы показана на рис. 8. Внешними шпильками 5, расположенными на концах ярмовых балок 4, прессуют ярмо. Стержни 3 стягивают стеклобандажами 2— лентой ЛСБ-Т, навитой в несколько слоев сверху полосы 1 из электрокартона.
Ярма магнитных систем трансформаторов мощностью 4000— 6300 кВ-А стягивают внешними шпильками, более мощных — специальными внешними стальными коробками, изолированными электрокартоном, а в пролетах стержней — полубандажами (рис. 8). Верхние ярмовые балки с нижними при бесшпилечной стяжке скрепляют стальными пластинами, расположенными по обе стороны каждого стержня, или вертикальными шпильками.

вид остова с бесшпилечной магнитной системой трехфазного трансформатора III габарита
Рис. 8. Общий вид остова с бесшпилечной магнитной системой трехфазного трансформатора III габарита: 1 — нижние ярмовые балки, 2 — стержень, 3 — вертикальные стяжные шпильки, 4 — верхние ярмовые балки, 5 — подъемные планки, 6 — верхнее ярмо, 7 — стальные полубандажи, 8 — стеклобандажи, 9 — винты прессовки обмоток, 10 — нижнее ярмо, 11 — полки для опоры обмоток, 12 — опорные пластины

Остовы стыковой магнитной системы применяются в основном только в реакторах переключающих устройств РПН и шунтирующих реакторах для компенсации емкостных токов в электрических сетях высокого напряжения. Стержни остова стыковой магнитной системы (рис. 9) состоят из отдельных плоскоступенчатых вставок 3, набранных из пластин и спрессованных стальными шпильками, изолированными бумажно-бакелитовыми трубками и электрокартонными шайбами. Вставки изолированы одна от другой прокладкми  из электрокартона. Подбирая толщина прокладок, получают требуемое индуктивное сопротивление реактора.

Остов стыковой магнитной системы реактора
Рис. 9. Остов стыковой магнитной системы реактора

Ярма реактора спрессованы ярмовыми балками 1 и сквозными стальными шпильками 2. Ярма и вставки заземляют, соединяя их между собой и стенкой бака заземляющей шинкой. Составленные в единую конструкцию ярма и вставки скрепляют массивными стальными шпильками 4 и поперечными опорными балками 6, изолированными от ярма электрокартоном. Активную часть шунтирующих реакторов, как и силовых трансформаторов, помещают в бак с трансформаторным маслом, реакторов РПН — в бак трансформатора.

 
« Основные узлы силового трансформатора   Ответвления обмоток трансформаторов с РПН на обмотке ВН »
электрические сети