Трансформаторы силовые. Во многих отраслях народного хозяйства ощущается все возрастающая потребность в сухих газонаполненных трансформаторах, которые обладают многими достоинствами. Они прежде всего пожаро- и взрывобезопасны и имеют значительно меньший вес, чем масляные. Шум от газонаполненных трансформаторов также значительно меньше.
Существенными недостатками газонаполненных трансформаторов являются большие их габариты и стоимость. Однако во многих случаях при применении таких трансформаторов достигается определенный экономический эффект за счет отказа от противопожарных установок, сливных устройств для масла, противошумных кожухов и других элементов, необходимых в случае применения масляных трансформаторов, причем экономический эффект еще более возрастает в случае пониженного уровня изоляции.
Рис. 64. Схемы охлаждения газонаполненных трансформаторов: а — принудительная циркуляция газа и вынесенный радиатор; б — принудительная циркуляция газа и охладитель, совмещенный с баком; в — принудительная циркуляция газа с косвенным его охлаждением; г — испарение распыленной жидкости (кипящей при высокой температуре), пары которой являются изоляционной средой
Отмечается, что и расходы, связанные с эксплуатацией сухих трансформаторов, также меньше. Помимо шахт, метро, цехов химических предприятий и передвижных трансформаторных установок, газонаполненные трансформаторы, по- видимому, будут широко использовать для электроснабжения жилых кварталов по схеме — трансформатор на каждый дом [59, 60, 95—100]. В информационных материалах фирмы «Дженерал Электрик» сообщается, что усовершенствованные элегазонаполненные трансформаторы будут во всех отношениях конкурировать с масляными.
Конструкции газонаполненных трансформаторов отличаются от масляных. Наиболее существенно изменяется система охлаждения. Возможные схемы охлаждения приведены на рис. 64.
Рис. 65. Схема охлаждения обмоток элегазового трансформатора
В газонаполненных трансформаторах, как и в обычных масляных, существуют две проблемы: охлаждение сердечника и обмоток теплоотводящей средой, являющейся одновременно и изоляционной, и охлаждение этой среды. Интенсификация теплоотвода от активных частей обеспечивается принудительной циркуляцией среды. Равномерное охлаждение обмоток и сердечников достигается применением системы экранов, вызывающих требуемое распределение газового потока. Пример системы охлаждения обмотки элегазового трансформатора приведен на рис. 65.
Охлаждение теплоотводящей среды может осуществляться с помощью вынесенного радиатора, охлаждаемого вентиляторами, или увеличением теплоотводящей поверхности бака. В некоторых конструкциях газонаполненных трансформаторов охлаждение обеспечивается промежуточной теплопередающей средой, которая, испаряясь, отбирает тепло от охлаждающего газа. Подробно эта система охлаждения описана ниже.
В случае использования в трансформаторах газов с более высокой электрической прочностью, чем элегаз, но сжижающихся при высоких температурах, принципиально возможна схема, изображенная на рис. 64, г. Активная часть трансформатора охлаждается здесь путем испарения распыленной жидкости. Пары охлаждаются так же, как изображено на рис. 64, а и б. Недостатком указанного способа охлаждения являются возможность образования вакуума при прекращении работы трансформатора.
Бак элегазонаполненного трансформатора мощностью 10000 ква на напряжение 69 кв, выпущенного фирмой «Дженерал Электрик», расположен горизонтально, вследствие чего этот трансформатор не похож на обычный масляный. Магнитопровод и обмотка, за исключением незначительных изменений, связанных с изоляцией, такие же, как и у масляных трансформаторов. Наиболее существенной особенностью элегазового трансформатора является система охлаждения, изображенная на рис. 66.
Охлаждение производится с помощью принудительной циркуляции газа через магнитопровод и обмотки, осуществляемой посредством двух вентиляторов. Электродвигатели установлены в камерах, которые полностью изолированы от бака трансформатора, так что их осмотр можно производить, не нарушая герметизации бака.
Элегаз, нагревшийся при прохождении через магнитопровод и обмотки, попадает во внутренний охладитель, работающий на принципе испарения теплоносящей жидкости (фреона). От охладителя теплоноситель передает тепло внешнему охладителю, с которого оно рассеивается в окружающее пространство.
Во время работы трансформатора нагретый элегаз вызывает испарение фреона в испарителе. Пары фреона естественным образом поднимаются во внешний охладитель, где переходят в жидкое состояние под действием потока охлаждающего воздуха. Эффективное и сравнительно равномерное охлаждение обмоток достигается применением системы экранов, вызывающих требуемое распределение газового потока.
Рис. 66. Система охлаждения трансформатора фирмы "Дженерал Электрик"
1 - наружный охладитель; 2 — вентилятор; 3 — внутренний охладитель; 4 — магнитопровод и обмотки; 5 — воздуходувка; 6 — перегородка
Рис. 67. Одновитковый элегазовый трансформатор тока на 132 кв
1 — первичная стержневая обмотка; 2 — камера; 3 — вторичные обмотки; 4 - экран; 5 -уплотнения в стойке; 6 - стойка; 7 -впускной клапан; 8 — манометр; 9 — зажимы вторичной обмотки
В Советском Союзе перспективными считаются трансформаторы меньшей мощности. В разработанных трансформаторах
[60] также применена система экранов, обеспечивающих радиально-осевую циркуляцию газа, причем мощность вентиляторов составляет 12—15% общих потерь в трансформаторе.
Трансформаторы тока. В США разработаны и находятся в эксплуатации трансформаторы тока, в которых главной изоляцией является элегаз [101, 102].
Рис. 68. Трансформатор тока с наружной первичной обмоткой
Конструктивное исполнение элегазовых трансформаторов тока показано на рис. 67 и 68. В обеих конструкциях сердечники и катушки вторичных обмоток покрыты заземленными металлическими экранами и установлены на стальной трубе.
В конструкциях трансформаторов обеспечено сравнительно равномерное электрическое поле между корпусом, находящимся под высоким потенциалом и внутренним экраном.
Первый (рис. 67) из приведенных трансформаторов — одновитковый. Его первичная обмотка является элементом конструкции аппарата. Особенностью второй конструкции (рис. 68) является то, что первичная обмотка располагается снаружи, вне аппарата. В зависимости от количества намотанных витков можно получить различные коэффициенты трансформации. Необходимый уровень электрической прочности между заземленной стойкой и элементами, находящимися под высоким напряжением, в первой конструкции обеспечивается применением экрана, который создает сравнительно равномерное поле. Во втором случае требуемая прочность достигается благодаря применению изоляционных цилиндров с уравнительными конденсаторными обкладками.
Импульсное испытательное напряжение трансформаторов 650 кв, однако в первой конструкции рабочее давление принято 2,1 кГ/см2, во второй — всего лишь 0,7 кГ/см2, причем требуемый уровень прочности сохраняется и при снижении давления от 0,7 кГ/см2 до атмосферного.
В [103] сообщается о трансформаторе тока на 400 кв, который, по утверждению фирмы, будет весьма надежным в эксплуатации.
