Основной узел шахтной передвижной подстанции — кварценаполненный трансформатор — выпускается также самостоятельной единицей (рис. 2-11). Потребность в собственно шахтных трансформаторах составляет 25—30% общей потребности угольной промышленности в шахтных подстанциях и трансформаторах.
Компоновка трансформатора в целом напоминает компоновку подстанции. К кожуху трансформатора со стороны переходной коробки НН крепится вводная коробка НН.
Начинку вводной коробки НН составляют шесть проходных низковольтных зажимов, подсоединенных со стороны выемной части к сборным шинам обмотки НН. Зажимы в вводной коробке соединены в схему звезда или треугольник (рис. 5-6). С торцевой части коробки имеется откидная крышка для монтажа подводимого кабеля, а также для ревизии и переключения перемычек. Две кабельные муфты расположены в нижней стенке коробки и позволяют присоединять кабель любой марки, не нарушая минимально допустимый радиус изгиба кабеля.
С противоположной стороны видна вводная коробка ВН, выполненная таким образом, что оси трех проходных изоляторов, размещенных в ряд, расположены в вертикальной плоскости. С торцевой части коробки имеется крышка на петлях. На боковой стенке кожуха имеется табличка из латуни, на которой путем травления нанесены технические данные трансформатора,
наименование завода-изготовителя, заводской номер к год выпуска.
Сборка трансформатора.
Изготовленная и испытанная выемная часть трансформатора поступает на сборочных участок, где с помощью крана опускается в кожух трансформатора. Во время опускания необходимо тщательно следить за совпадением теплоотводящих пластин выемной части с впадинами гофрированной боковой поверхности кожуха. После установки выемной части в кожухе медные теплоотводящие пластины магнитопровода должны быть плотно прижаты к торцевым стенкам кожуха. Выемная часть в двух точках присоединяется к кожуху, для чего на наклонных косынках кожуха имеются заземляющие зажимы.
После крепления отводов ВН и контрольных проводов к соответствующим изоляторам и зажимам и установки переходных шин от сборных шин НН к соответствующим зажимам трансформатор устанавливается на вибростенд и засыпается гидрофобизированным кварцевым песком соответствующего состава.
Уплотнение кварцевого песка на вибростенде продолжается 5 мин, в течение которых производится подсыпка песка по мере его усадки.
Вибростенд представляет собой жесткую раму, покоящуюся на пружинах, закрепленных на прочном основании.
Специальный электродвигатель приводит во вращение вибраторы кулачкового типа, расположенные по обеим продольным сторонам рамы, заставляющие вертикально колебаться раму с установленным на ней трансформатором. Амплитуда колебаний 1 мм, частота 25— 50 колебаний в секунду.
После усадки песка до уровня креплений экрана устанавливается экран и засыпается резервный слой над экраном (25% взрывозащитной высоты песка). Контроль за уровнем песка осуществляется через смотровые стекла на фланце кожуха.
Собранный трансформатор поступает на испытательную станцию, где проходят контрольные испытания. Они проводятся на каждом выпускаемом изделии, а типовые испытания проводятся один раз в 5 лет, а также при изменении конструкции или технологии, влияющих на характеристики изделия, или при изменении марки или качества основных материалов.
Объем контрольных и типовых испытаний определяется техническими условиями.
Перечень испытаний
- Проверка коэффициента трансформации.
- Проверка группы соединения обмоток.
- Измерение омического сопротивления обмоток.
- Проверка пробы кварцевого песка на электрическую прочность и удельное объемное сопротивление.
- Измерение сопротивления изоляции.
- Испытание электрической прочности главной изоляции приложенным напряжением.
- Испытание электрической прочности витковой и межкатушечной изоляции индуктированным напряжением.
- Измерение тока и потерь холостого хода.
- Измерение напряжения и потерь короткого замыкания.
- Проверка взрывозащитного слоя кварцевого песка.
- Испытание на нагрев.
- Испытание на термическую и динамическую устойчивость при коротком замыкании.
- Испытание на взрывобезопасность.
Пункты 1—10 составляют контрольные испытания, а 11—13—типовые. Испытания по п. 4 и 10 должны проводиться до засыпки трансформатора кварцевым песком во время сборки трансформатора.
Испытание проб кварцевого песка описано в гл. 3.
Методика и последовательность контрольных испытаний трансформатора аналогичны методике и последовательности испытаний нормальных силовых трансформаторов.
Сопротивление изоляции кварценаполненных трансформаторов при окружающей температуре должно быть не меньше:
ВН — земля 200 Мом,
ВН — НН 200 Мом;
НН — земля 5 Мом.
Высоковольтные испытания цепей ВН и НН проводятся приложенным в течение 1 мин напряжением 15 кВ для ВН и 3 кВ для НН, и индуктированным напряжением 1.8—2 Uном при 100 гц. Импульсным
испытаниям шахтные трансформаторы, включаемые в шахтные кабельные сети, не подвергаются.
На первых опытных образцах кварценаполненных трансформаторов тепловые испытания проводились институтом Гипронисэлектрошахт по широкой программе. Целью испытаний являлось определение номинальной мощности и параметров, влияющих на тепловой режим трансформатора.
Для определения температурных перепадов в различных точках выемной части и кожуха трансформатора на опытный образец каждого типа в процессе сборки закладываются термопары (около 100 пар). Термопары (медь—константен) размещаются на магнитопроводе, кожухе, теплоотводящих пластинах и на обмотке НН. Головка термопары для лучшего контакта заворачивается в фольгу и приклеивается эпоксидной смолой к месту установки. Через специальный пакетный переключатель концы термопар выводятся на потенциометр типа ПП. Температура обмотки ВН (6 кВ) определялась по среднему сопротивлению по методике ГОСТ 3484-65.
Обычно проводится несколько режимов нагрузки: от 0,4 до 1,25 номинальной мощности, что позволяет получить кривую зависимости температуры от нагрузки.
Размещение термопар в конструкции выполняется таким образом, чтобы получить точку максимальной температуры обмоток, магнитопровода, теплоотводящих пластин и кожуха.
Анализируя тепловые испытания кварценаполненных трансформаторов, изготовленных как на электрокартоне, так и на стеклопластиках, можно сделать следующие выводы.
- Отношение максимального превышения температуры в обмотке НН к среднему превышению (по сопротивлению) над окружающим воздухом составляет:
а) электрокартона 1,25—1,3; б) для стеклопластика 1,18—1,2.
- Температурный перепад по радиусу катушек НН:
а) для электрокартона 7—8° С; б —для стеклопластика 6—8° С.
- Средний температурный перепад между катушками и охлаждающими пластинами через толщину изоляции: а) для электрокартона 13—22°С); б) для стеклопластиков 15° С.
- Постоянная времени нагрева кварценаполненног© трансформатора около 5 ч.
- Разница температур по фазам (верхняя фаза С/ составляет 3—8° С в зависимости от мощности.
- Разница максимальной и средней температуры магнитопровода примерно 15—20%.
- Средние перепады температур между обмотками и гофрами кожуха составляют 35—45° С.
При тепловых испытаниях на заводе-изготовителе превышения температуры обмоток ВН и НН определяют по среднему сопротивлению, замеры температур- теплоотводящих пластин и кожуха в обязательную программу не входят.
Испытания на динамическую устойчивость кварценаполненных трансформаторов проводятся согласно ГОСТ 3484-65.
Испытания трансформаторов на взрывобезопасность проводятся в МакНИИ.
Типовые испытания оболочек (вводных коробок, РУНН и РУВН) на взрывонепроницаемость включают следующие виды испытаний.
- Проверка технической документации на соответствие поставленного образца утвержденным чертежам; соответствие материалов, шероховатости, размеров и плоскостности взрывозащитных поверхностей и др.
- Контрольный осмотр образца. С помощью набора щупов измеряются все доступные взрывонепроницаемые соединения, причем все крепежные болты должны быть нормально затянуты. Щуп, толщина которого на 0,05 мм больше значения нормированной ширины щели, не должен входить в контролируемое соединение. Проверяется надежность работы блокировочных устройств.
- Испытание на механическую прочность.
а) Испытание оболочки сбрасыванием: оболочка в рабочем состоянии сбрасывается пять раз при нулевой начальной скорости на бетонное основание для полустационарного оборудования с высоты
- 5 м. Оболочка считается выдержавшей испытания, если отсутствуют нарушения частей оболочки и других элементов, снижающих взрывонепроницаемые свойства оболочки, и если оболочка выдерживает последующие гидравлические испытания.
б) Предписанные правилами испытания оболочек и смотровых стенок ударом бойка определенной кинетической энергии для взрывонепроницаемых оболочек трансформатора (подстанции) не проводятся, так как механическая прочность оболочки для данного вида испытания заведомо достаточна, а смотровые окна распределительных устройств, принятые в конструкции, нормализованы.
в) Испытание внутренним давлением: 1) фактическим давлением взрыва; 2) повышенным давлением.
Испытание фактическим давлением производится в специальной взрывной камере. Испытуемая оболочка (предварительно из нее удаляется содержимое, представляющее ценность: аппараты, приборы л др.) заполняется смесью метана и воздуха (.метана 9,5—10,0%). Оболочка помещается во взрывную камеру, а которой такой же процент метана. Смесь внутри оболочки поджигается искрой от магнето или пережиганием медной проволоки. Источник поджигания находится в геометрическом центре оболочки. Давление измеряется маслоинерционными индикаторами. Для РУ испытание проводится отдельно в каждом отсеке (вводная коробка и основной отсек). Производится не менее трех опытов.
В качестве испытательного давления принимаются 1,5-кратные значения максимального измеренного давления. По усмотрению ис пытательной организации в плоских и лабиринтных фланцевых соединениях производится измерение максимальной ширины щели при взрыве. Для этой цели во взрывонепроницаемые щели вставляются самотормозящиеся клинья, Прижимаемые к оболочке пружиной. Обычно клин располагается в средней точке между креплениями, где ожидается максимальное увеличение щели. Размеры клиньев и величина нажатия пружин для каждого случая принимаются в зависимости от начальной ширины щели и ожидаемого увеличения ширины щели при взрыве. Замер ширины щели до и после испытания производится рядом с установленным клином.
Если при испытании происходит или передача взрыва изнутри испытуемой оболочки во взрывную камеру, или увеличение ширины щели при взрыве вследствие упругой деформации фланцев и крепежных деталей выше нормированного значения, или разрушение оболочки, или остаточная деформация фланцев, то оболочка не допускается к дальнейшим испытаниям и бракуется. Для фланцев быстро открываемой крышки допускается остаточная деформация, которая в сумме с упругой деформацией фланцев и крепежных кулачков не превышает нормированных значений.
Испытания повышенным давлением могут производиться повышением начального давления взрывоопасной смеси, добавлением кислорода, статическим давлением. Это испытание обычно совмещается с испытанием на взрывонепроницаемость.
- Испытания на взрывонепроницаемость могут проводиться одним из следующих методов: метод повышения начального давления взрывоопасной смеси внутри оболочки, метод более активной взрывоопасной смеси, метод увеличения начальной ширины щели. Остановимся только на первом методе, так как он позволяет совместить испытания повышенным давлением п. 3 и 4 в одном опыте.
Испытуемую оболочку заполняют смесью метана и воздуха ^эталонной смесью) при таком начальном давлении, при котором давление взрыва будет равно 1,5-кратному фактическому давлению. Испытания проводятся в герметичной взрывной камере.
Для поддержания начального давления оболочка герметизируется с помощью эластичных прокладок. Испытуемая оболочка должна соответствовать рабочему состоянию, обусловленному нормальной сборкой. При испытании одного из отсеков РУ другой должен быть открыт и заполнен взрывоопасной смесью. Источник воспламенения располагается против наиболее опасной точки плоского или лабиринтного соединения. Расстояния между источником и внутренней кромкой фланцев 10—15 мм. В опасных точках соединений могут устанавливаться самотормозящиеся клинья аналогично описанному выше. Проводится 10 опытов, при этом оболочка считается выдержавшей испытания, если не происходит передача взрыва изнутри во взрывную камеру и не происходит разрушения оболочки.
- Дополнительные испытания три дуговом коротком замыкании включают испытания на механическую прочность и взрывонепроницаемость и испытание на нагрев.
Как и предыдущие, эти испытания проводятся во взрывной камере. Внутри оболочки и в камере создается эталонная смесь при атмосферном давлении. Испытуемое отделение оболочки приводится в следующее состояние: встроенные электрические части, как правило, находятся в отделении, прокладки не удалены, фланцевые соединения, склонные к деформации во время взрыва, расширяются до максимально допустимой ширины щели на длине 10 мм, а на остальной части фланцевого соединения ширина щели обусловливается нормальной сборкой. Дуговое короткое замыкание искусственно возбуждается на электродах, выполненных из меди. Концы электродов перемыкаются медной проволокой диаметром 0,2—0,3 мм.
Допускается возбуждение дуги непосредственно на токоведущих частях или на жилах кабеля. Параметры испытаний (величина тока короткого замыкания, время его действия, напряжение, диаметр электродов и расстояние между их концами) принимаются для оболочек 3В (вводные коробки и основной отсек РУНН) и 4В (вводная коробка и основной отсек РУВН) по табл. 5-9.
Таблица 5-9
Электроды располагаются против наиболее опасной точки соединений. Расстояние между концами электродов и внутренней кромкой соединения должно быть равным фактическому минимальному расстоянию между неизолированными токоведущими частями и внутренней кромкой соединений.
Электроды направляются сходящимся пучком в сторону внутренних кромок фланцев. Электроды в каждом опыте могут располагаться против нового участка фланцев, а антикоррозионное по крыше поверхностей возобновляться, если оно было повреждено дугой в предыдущих опытах. Число электродов равно числу фаз. Измерение давлений и ширины щелей такое же, как и при предыдущих испытаниях. Производится не менее трех опытов. Оболочка считается выдержавшей испытание, если не происходит передачи взрыва изнутри оболочки во взрывоопасную камеру, увеличение ширины щели при взрыве вследствие упругой деформации фланцев и крепежных элементов не превышает нормированных величин (§ 5-10), не
происходит разрушения корпуса и нет остаточной деформации фланцев.
Испытание на нагрев при коротких замыканиях производится без заполнения оболочки взрывоопасной смесью. Условия возбуждения дугового короткого замыкания такие же, как и три испытании дуговым коротким замыканием на механическую прочность и взрывонепроницаемость, а электроды направляются сходящимся пучком в сторону стенки, имеющей наименьшую толщину.
Измерение температур наружной поверхности производится с помощью термопар, прикрепленных к точке, где ожидается максимальная температура. Количество опытов не менее трех. Начальная температура поверхности при проведении опытов должна быть в пределах 15—40° С.
Испытания на нагрев могут не производиться, если ранее установлено на идентичных конструкциях, что температура не достигает опасного значения.
Типовые испытания оболочки с кварцевым заполнением (трансформатора) на взрывозащитные функции производятся в следующем объеме: контрольный осмотр образца, проверка параметров заполнителя; проверка параметров взрывозащиты.
- Контрольный осмотр. Кварценаполненный трансформатор проверяется на соответствие представленного образца согласованным чертежам и техническим условиям на изготовление. Контрольный осмотр производится в два этапа: а) внешний осмотр, при котором без разборки проверяются устройства крепления и блокировки крышек, заземления оболочек, маркировка и т. д.; б) внутренний осмотр, при котором проверяются уплотнения, параметры кварцевого заполнения, электрические зазоры и пути утечки, надежность монтажа присоединений и т. д.
- Проверка параметров заполнителя. Определение гранулометрического состава заполнителя производится путем рассева пробы весом не менее 1 кг, взятой из трансформатора на типовом -приборе, предназначенном для определения зернового состава сыпучих материалов и укомплектованного четырьмя сетками для разделения кварцевого песка на фракции: до 0,25; 0,25—0,5; 0,5—1,2; 1,2—1,6 и выше 1,6 мм.
Песок соответствует требованиям, если фракция 0.5—1,2 мм составляет не менее 75%, а фракции до 0,25 м выше 1,6 мм отсутствуют.
Определение пробивного напряжения пробы песка производится в стандартном сосуде аппарата для испытания трансформаторного масла на пробой при разрядном промежутке между электродами 20 мм. Измерение производится 6 раз. Определяется среднее арифметическое значение пробивного напряжения без учета первого испытания. Пробивное напряжение песка должно быть -не меньше 25 кВ.
Влагосодержание не должно превышать 0,05% весовых.
Для измерения удельного объемного сопротивления проба песка засыпается и уплотняется в плексигласовом сосуде с размерами 100x100 мм, на двух противоположных стенках которого установлены латунные пластинчатые электроды с размерами 100х100х 1.0 мм. В результате шестикратного (измерения определяется среднее арифметическое значение удельного объемного сопротивления песка, без учета первого значения, которое должно быть не меньше 1 • 1012 Ом • см.
Проверка качества гидрофобизирующей обработки песка производится следующим образом: проба песка засыпается в стеклянный мерный сосуд, на середину ее свободной поверхности наливается 2-3 г воды. Песок .считается выдержавшим испытание, если вода не протекает в толщу пробы в течение 24 ч.
- Проверка параметров кварцевой взрывозащиты. Если в результате ранее проведенных испытаний и проверки правильности представленных расчетов взрывозащитных слоев трансформатора установлено, что представленный трансформатор полностью удовлетворяет всем требованиям и нормам кварцевой взрывозащиты, то экспериментальная проверка принятых в конструкции параметров в аварийном режиме замыкания или обрыва проводника с током, как правило, не производится. Однако по усмотрению испытательной организации такая проверка может быть произведена.
Установка для проверки параметров обеспечивает возможность проведения опытов в выбранном режиме дугового замыкания продолжительностью 0,2+0,01 сек.
Параметры аварийных режимов при проверке устанавливаются по данным технической характеристики трансформаторов.
Режимы дугового замыкания устанавливают исходя из следующих соотношений токов металлического короткого замыкания и токов дугового замыкания: для 6 кВ 1,2—1,4 (в среднем 1,3); для 0,4/0,69 кВ 1,6—2,0 (в среднем 1,8).
Установившийся ток металлического короткого замыкания для первичной стороны рассчитан из допустимой мощности короткого замыкания в шахтах 50 Мва и равен 4 820 а. Установившийся ток металлического короткого замыкания вторичной стороны рассчитывают исходя из указанной выше предельной мощности на первичной стороне и собственного полного сопротивления трансформатора.
Возбуждение дугового замыкания в уплотненном заполнителе производится посредством медных электродов сечением 16—25 мм2, присоединенных к вводным зажимам и установленных под углом 90° С между собой. Концы электродов перемыкаются медной проволокой диаметром 0,2—0,5 мм. Закороченные проволокой концы электродов должны быть направлены к поверхности заполнителя и расположены на глубине, равной контролируемому слою песка и на расстоянии от боковой стенки кожуха, равном боковому взрывозащитному слою, принятому в конструкции. Для проверки взрывозащитного экрана испытания производятся с установкой концов электродов под центром экрана.
В принятом наиболее опасном режиме дугового короткого замыкания производится две серии опытов (по 10 опытов каждая). После каждого опыта измеряется высота оплавленного песка. Параметры замыкания (ток, напряжение, время) осциллографируются. В результате опытов устанавливается средняя и максимальная высота оплавления.
Во время .испытаний песок и окружающая атмосфера насыщается взрывной смесью эталонного образца.
Проверка параметров взрывозащиты для условий дугового разряда, возникающего при однофазном обрыве отвода с током, производится при значении тока, рассчитанного по формуле (3-16). Электроды в данном случае устанавливаются в горизонтальном положении концами навстречу друг другу без ограничения продолжительности дугового разряда и на положенном расстоянии от боковой стенки. Результаты проверки параметров взрывозащиты считаются положительными, если максимальная высота оплавления песка в режиме дугового замыкания продолжительностью 0,2±0,01 сек не превышает 85% толщины взрывозащитного экранированного слоя к максимальный размер оплавления песка у боковой стенки кожуха не превышает 85% бокового защитного слоя.
