ГЛАВА II. УСТРОЙСТВО И МОНТАЖ СИЛОВЫХ МАСЛЯНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
УСТРОЙСТВО СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
§ 14. Классификация силовых трансформаторов
Силовые масляные трансформаторы выпускаются промышленностью различных мощностей до 1000 МВ-А при напряжениях до 750 кВ и выше.
Трансформаторы разделяются:
по числу фаз на однофазные и трехфазные;
по числу обмоток на фазу на двухобмоточные и трехобмоточные;
по типу магнитопровода на стержневые и броневые;
по способу охлаждения — на сухие (с воздушным охлаждением), масляные, совтоловые;
по системе охлаждения — с масляным дутьевым охлаждением и естественной циркуляцией масла, с масляным дутьевым охлаждением и принудительной циркуляцией масла; с масляно-водяным радиатором и естественной циркуляцией масла, с масляно-водяным радиатором и принудительной циркуляцией обеих сред.
В зависимости от мощности и напряжения трансформаторы разделяются на семь габаритов (табл. 18).
Таблица 18. Характеристика силовых масляных трансформаторов
§ 15. Устройство силовых трансформаторов.
Трансформатор состоит из магнитопровода 13 (рис. 63) и обмоток 17, жестко закрепленных на нем. Для защиты от воздействий окружающей среды они помещены в стальной бак 1. Бак герметически закрыт крышкой 6. Сквозь крышку с помощью проходных изоляторов (вводов) 7, 8, 9 электрические цепи обмоток ВН выведены наружу. Над крышкой расположен расширитель 12, сообщающийся трубопроводом с баком. В разрез соединительного трубопровода установлено газовое реле 11. Непосредственно из бака наружу через крышку выведена выхлопная труба 10, нормально закрытая мембраной. Труба предназначена для аварийных выбросов газов и масла наружу. На крышке смонтирована рукоятка 4 переключателя напряжения.
Рис. 63. Устройство трансформатора ТДТГ-16 000/110:
1 — бак, 2 — трубчатый радиатор, 3 — электровентилятор, 4 — привод переключателя напряжения, 5—подъемный крюк, 6 — крышка, 7 — ввод ВН, 8 — ввод СН, 9 — ввод НН, 10 — предохранительная (выхлопная) труба, 11 — газовое реле, 12 — расширитель, 13 — ярмо магнитопровода, 14 — осушитель воздуха, 15 — отвод обмотки ВН, 16 — переключатель напряжения, 17 — обмотка ВН, 18 —регулировочные отводы, 19 — термосифонный фильтр, 20 — сливной край
Переключатель напряжения 16 расположен под крышкой и соединен с рукояткой валом, проходящим сквозь крышку в сальниковом уплотнении. Контакты переключателя могут быть электрически соединены с теми или иными регулировочными отводами 18 обмоток высшего напряжения 17. Крышка сквозными подъемными шпильками соединена с магнитопроводом, установленным на дно бака. Наружная резьбовая часть подъемных шпилек предназначена для навертывания съемных грузовых колец (рымов).
При работе трансформатор нагревается, так как в проводниках обмоток и в стали магнитопровода происходят потери энергии. Для интенсивного удаления избытка тепла внутренний объем бака заполнен специальным минеральным маслом. При этом часть масла находится в расширителе, что исключает наличие воздушных пузырей под крышкой. Этому способствует небольшой уклон крышки в сторону, противоположную расширителю.
Устройство трансформаторов усложняется по мере роста их мощности. Так, при мощности до 25 кВА баки выполняют гладкими. При мощностях 63—1600 кВ А баки оборудуют одним, двумя или тремя рядами охладительных труб. При более высоких мощностях устанавливают радиаторы и т. д.
Расширитель необходим для трансформаторов мощностью не ниже 25 кВ А и напряжением 6 кВ. При отсутствии расширителя в маломощных трансформаторах уровень поверхности масла располагается ниже крышки. Пространство под крышкой должно обеспечивать температурные изменения объема масла. Объем этого пространства составляет около 10% объема масла. Крышка бака трансформатора без расширителя снабжена пробкой с отверстием для прохода воздуха при изменениях объема масла. На баке установлен стеклянный трубчатый маслоуказатель, действующий по принципу сообщающихся сосудов.
Выхлопные трубы необходимы для трансформаторов мощностью 1000 кВА и более. При этих же мощностях трансформаторы имеют термосигнализатор — дистанционный контактный термометр. При меньших мощностях для измерения температуры масла служит стеклянный термометр. Термоприборы устанавливают на крышке бака. Пробивные предохранители применяют в трансформаторах для защиты от перенапряжений обмоток напряжением до 1 кВ. Предохранитель представляет собой искровой разрядник, пробиваемый при возникновении на обмотке НН высокого потенциала. Разрядник предохранителя включают между цепью обмотки НН и заземлением. При пробое промежутка разрядника обмотка заземляется, и ее потенциал становится равен потенциалу земли.
Рис. 64. Расширитель:
1 — штуцер маслоуказателя, 2 — бак, 3 — пробка, 4 — дыхательная трубка, 5 — патрубок, 6 —кронштейн, 7 — сливная пробка, 8 — отстойник
Стальной бак трансформатора представляет собой сварную конструкцию овальной формы.
Для создания необходимой поверхности охлаждения стенки бака делают гофрированными, вваривают в них вертикальные трубы, сообщающиеся с внутренним объемом бака, или устанавливают наружные трубчатые радиаторы 2 (рис. 63). Для охлаждения мощных трансформаторов применяют наружный обдув радиаторов вентиляторами в сочетании с принудительной циркуляцией масла. В случаях, когда и эти меры оказываются недостаточными для эффективного охлаждения активной части, применяют выносные масляно-водяные теплообменники с естественной или принудительной циркуляцией масла.
Расширитель (рис. 64) предназначен для компенсации масла в баке в связи с изменением его объема при нагреве и охлаждении трансформатора. Расширители старых образцов были цельносварными. Это затрудняло их ремонт, так как бак 2 расширителя приходилось разрезать, а после ремонта сваривать. В настоящее время расширители выпускают с одним съемным днищем. На съемном днище устанавливают маслоуказатель 1. В новых типах трансформаторов верхнее отверстие маслоуказателя сообщается не с атмосферой, а вводится в верхнюю полость расширителя, не заполненную маслом. Это повышает герметичность трансформатора. На маслоуказателе нанесены метки, соответствующие нормальному объему масла при температурах +40, +15 и —45° С не работающего трансформатора.
Осушитель воздуха (рис. 65, а) предназначен для снижения влажности воздуха, всасываемого в расширитель в результате температурных изменений объема масла.
При установившейся температуре масла его объем не изменяется. В этом режиме поверхность масла в расширителе изолирована от кислорода воздуха гидравлическим масляным затвором 2. Уменьшение объема масла приводит к снижению давления над его поверхностью. Под действием атмосферного давления уровень масла в наружной чаше затвора будет снижаться до тех пор, пока под колпак последнего не проникнет атмосферный воздух. Этот воздух проходит через активное вещество осушителя, теряет большую часть влаги и поступает в расширитель, повышая давление над поверхностью масла до атмосферного. Путь воздуха на рисунке показан стрелками (рис. 65, б).
Газовое реле осуществляет защиту трансформатора от внутренних повреждений и снижения уровня масла. Внутренние повреждения трансформатора так или иначе связаны с нагревом масла и выделением газов. При местных перегревах газы выделяются постепенно в виде пузырьков. Серьезные повреждения сопровождаются возникновением электрической дуги, которая вызывает бурное разложение масла, резкое увеличение его объема и быстрый переток масла из бака в расширитель. Газовое реле (рис. 66) — поплавковое ПГ-22 или чашечное РГЧЗ-66 — устанавливают в разрез трубопровода, соединяющего бак с расширителем. Скопление газов под крышкой реле приводит к опусканию уровня масла.
Рис. 65. Осушители воздуха трансформаторов:
а — I и II габаритов, б — III и IV габаритов; 1 — расширитель, 2 — масляный затвор, 3 — наружный цилиндр, 4 — цилиндр с цеолитом или силикагелем, 5 — силикагель, 6 — фланец с отверстием, 7 —контрольный силикагель, 8 — смотровое стекло, 9 — прокладка, 10 — накидная гайка, 11 — сетка, 12 —контрольная пробка, 13 — сливная пробка
Верхний поплавок или чашка с маслом 9 поворачивается вокруг оси 8 и замыкает ртутный или обычный контакт 5. При этом подается сигнал о неисправности трансформатора. Дальнейшее понижение уровня масла вызывает поворот нижнего поплавка или чашки 10 относительно оси 8 и замыкание ртутного или обычного контакта 2. Трансформатор в этом случае обычно отключается от действия защиты.
При бурном газообразовании в трансформаторе газомасляный поток давит на поплавок 10 или лопатку 12, вынуждая их поворачиваться и замыкать контакты 2. Происходит аварийное отключение трансформатора.
В верхнее положение чашки реле РГЧЗ-66 возвращаются усилием пружин при заполнении объема реле маслом. Подвижные контакты реле РГЧЗ-66 запрессованы в изоляционные стойки 11, неподвижные укреплены на изоляторах рамки 7. Корпуса обоих реле снабжены фланцами и смотровыми стеклами для визуального контроля за уровнем масла.
Реле типа РГЧЗ-66 отличаются от ПГ-22 более совершенным устройством и повышенной надежностью.
Термосифонные фильтры (см. рис. 63) устанавливают на трансформаторах мощностью 160 кВ-A и выше, в которых масло в расширителе соприкасается с атмосферным воздухом. Масло при этом окисляется и увлажняется. Термосифонный фильтр предназначен для частичной очистки масла в процессе работы трансформатора. Фильтр расположен на баке подобно съемному радиатору. Масло в фильтре очищается, соприкасаясь с силикагелем, которым заполнен корпус фильтра.
В трансформаторах I—II габаритов фильтры обычно не применяют. Для этих трансформаторов используется масло с антиокислительными присадками.
Магнитопроводы трансформаторов служат в качестве магнитной цепи основного магнитного потока и как конструктивная основа для сборки обмоток и изоляции.
Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы набирают (шихтуют) из тонких (0,1—0,5 мм) листов электротехнической стали. Ранее широко применялась горячекатаная сталь. В настоящее время преимущественно применяют холоднокатаную текстурованную сталь. Магнитная проницаемость текстурованной стали вдоль направления прокатки листа в 10 раз больше, чем поперек. Электротехническая рулонная сталь выпускается с жаростойким двусторонним покрытием, выполняющим функции изоляции. Листовая сталь с двух сторон покрывается лаками № 202, № 302 или КФ-965. Покрытие запекается при температуре около 500° С.
Рис. 66. Газовое реле:
а — поплавковое ΠΓ-22, б — чашечное РГЧЗ-66; 1 — корпус, 2, 5 — контакты, 3 — опорный стержень крышки, 4 — изоляция провода, 6 — крышка, 7 — рамка, 8—ось, 9 — верхний поплавок (чашка), 10 — нижний поплавок (чашка), 11 — стойка, 12 — лопатка
Рис. 67. Схема шихтовки магнитопровода из холоднокатаной текстурованной стали:
1 — элементы стержней, 2, 3 — элементы ярем
Шихтовку магнитопроводов производят так, чтобы магнитное сопротивление цепи потока было минимальным. Для листов текстурованной стали необходимы косые стыки (рис. 67), позволяющие использовать направленность ее магнитных свойств. Косой стык целесообразен и потому, что площадь его поперечного сечения больше, а индукция в зазоре меньше, чем при прямом стыке. В результате уменьшается ток холостого хода, пропорциональный индукции в зазоре.
Прессовка магнитопроводов по старой технологии осуществлялась с помощью резьбовых шпилек, устанавливаемых в сквозные отверстия стержней и ярем. Трансформаторы новых серий собирают по новой прогрессивной бесшпилечной технологии, исключающей необходимость изготовления отверстий для шпилек. Новые способы прессовки магнитопроводов (рис. 68) в сочетании с применением текстурованной стали улучшают технические характеристики трансформаторов.
Сечение магнитопровода для более плотной компоновки с обмотками приближают к круглому, выполняя его в виде ступенчатого многоугольника, вписанного в окружность.
1 — стержень, 2 — подмотка (электрокартон), 3 — стальной ленточный бандаж, 4 — пряжка, 5 —ярмовая балка, 6 — внешняя стяжная шпилька, 7 — стержень, 8 — прессовочная скоба, 9 — нажимной винт, 10 — изоляционная прокладка (электрокартон), 11 — стальной ленточный полубандаж
Обмотки трансформаторов изготовляют из алюминиевых (I—II габариты) или медных проводов прямоугольного или, реже, круглого сечения. В ответственных случаях применяют проводники с усиленной или теплостойкой изоляцией. Проводники больших диаметров обычно заменяют несколькими, соединенными параллельно. Это увеличивает их гибкость и снижает потери в них от вихревых токов.
На стержнях сердечников обмотки обычно располагают концентрически: на стержни надевают катушки обмотки НН, а поверх них устанавливают катушки обмотки ВН. Такое расположение обмоток снижает перепады потенциалов между элементами активной части и позволяет выполнять изоляцию более простой конструкции и меньшей толщины.
Для увеличения механической прочности активной части и повышения динамической устойчивости обмоток к сквозным токам коротких замыканий в промежутки между стержнями магнитопровода и катушками НН, а также между катушками НН и ВН забивают деревянные клинья.
Наибольшее распространение в трансформаторах получили цилиндрические, винтовые и непрерывные обмотки (рис. 69 и 70), отличающиеся друг от друга устройством.
Рис. 69. Двухслойная цилиндрическая обмотка:
1 — провод, 2 — уравнительное кольцо, 3 — коробочка (электрокартон), 4 — внутренний слой, 5 —рейка
Рис. 70. Непрерывная обмотка:
1 — катушка, 2 — дистанционная прокладка, 3 — нажимное кольцо, 4 — канал, 5 — рейка, 6 —регулировочные ответвления
