Силовой трансформатор представляет собой статический (не имеющий вращающихся частей) аппарат, с помощью которого переменный ток одного напряжения преобразуют (трансформируют) в переменный ток другого, более высокого или низкого напряжения. Силовые трансформаторы бывают трехобмоточные и двухобмоточные.
Основными частями силового трансформатора (рис. 187) являются: магнитопровод, обмотки, бак и крышка.
Магнитопровод двухобмоточного силового трансформатора (рис, 188) представляет собой собранную из листовой стали толщиной 0,35 или 0,5 мм конструкцию, состоящую из трех вертикальных стержней 1„ связанных верхним 2 и нижним 12 ярмами.
Рис. 189. Конструкции обметок силовых трансформаторов:
Рис. 188. Стержневые магнитопроводы двухобмоточных силовых трансформаторов: в — мощностью 100 кВА. б — мощностью 1800 кВА: 1 — стержень, 2 — верхнее ярмо магнитопровода, 3 — ярмовые балки верхнего ярма, 4 — горизонтальная прессующая шпилька, 5 — вертикальные прессующие шпильки, прокладки из электрокартона, изолирующие ярмовые балки от ярма магнитопровода, 7 — ярмовые балки из швеллерной стали, 8— горизонтальная стяжная шпилька стержня, 9 — бакелитовая трубка, изолирующая вертикальную шпильку, 10 — стальная пластина, 11 — деревянная планка, 12 — нижнее ярмо магнитопровода, 13— ярмовые балки нижнего ярма
а — однослойная цилиндрическая, б — Двухслойная цилиндрическая, в — многослойная цилиндрическая, г — непрерывная; 1 —выравнивающие кольца, 2 — коробочка из электрокартона для усиления изоляции крайних витков, 3— охлаждающий канал, образованный планками между наружным и внутренним слоями обмотки, 4— планка из бука, 5 — ответвления для регулирования напряжения. 6— прокладки из электрокартона, образующие горизонтальные каналы, 7 — опорное изоляционное кольцо, 3 — бумажно-бакелитовый цилиндр
На стержнях располагаются обмотки трансформатора, а ярма, соединяя стержни магнитопровода, образуют замкнутый контур Для уменьшения вихревых токов листы стали магнитопровода покрыты тонкой пленкой лака.
Магнитопроводы плотно спрессованы при помощи шпилек 4 и 8 и ярмовых балок 3 из швеллерной стали. Для устранения местных нагревов магнитопровода и снижения потерь от вихревых токов шпильки и ярмовые балки изолированы от активной стали магнитопровода.
Обмотки трансформаторов (рис. 189) весьма разнообразны по конструкции; наиболее распространенными являются цилиндрические и непрерывные обмотки, выполняемые круглыми или прямоугольными проводами, изолированными хлопчатобумажной пряжей.
Однослойная цилиндрическая обмотка (рис. 189, а) наматывается одним или несколькими проводами в один слой по винтовой линии с расположением начала и конца обмотки на ее противоположных торцах.
Двухслойную обмотку (рис. 189, б) наматывают так же, как и однослойную, но с расположением проводников в два слоя.
Однослойные и двухслойные обмотки могут иметь до четырех параллельных проводников в витке. Они применяются главным образом как обмотки НН (до 525 в) в трансформаторах мощностью до 560 кВА.
В качестве обмоток ВН в трансформаторах мощностью до 560 кВА и при напряжениях 6—35 кВ применяют многослойные цилиндрические обмотки.
Многослойную цилиндрическую обмотку (рис. 189, в) выполняют круглым проводом, наматываемым на бумажно-бакелитовый цилиндр с прокладкой нескольких листов кабельной бумаги между слоями проводов.
При большом числе слоев обмотку для лучшего отвода тепла выполняют в виде двух катушек, между которыми имеется вертикальный канал, образуемый планками из сухой древесины (бук, дуб) или несколькими слоями склеенных полосок электрокартона.
Многослойная обмотка проста в изготовлении, но не обладает достаточной механической прочностью по отношению к осевым усилиям. Чтобы придать обмотке большую механическую прочность, ее бандажнруют киперной или тафтяной лентой, а затем пропитывают глифталевым лаком и запекают при температуре 80—100°С.
В силовых трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше наиболее широкое применение находят непрерывные обмотки (рис, 189, г), состоящие из последовательно соединенных секций (катушек), намотанных плоскими проводами. Непрерывными называют эти обмотки потому, что наматывают их без разрывов и паек. Непрерывную обмотку наматывают на рейки, уложенные на бумажно-бакелитовом цилиндре. Пространства между рейками образуют вертикальные охлаждающие каналы. Горизонтальные каналы создаются с помощью пакетов из листов электротехнического картона, нанизываемого на проваренные в масле деревянные планки. Непрерывные обмотки обладают большой механической прочностью. Они применяются в трансформаторах как обмотки ВН и НН.
Магнитопровод вместе с укрепленными на его стержнях обмотками составляют активную часть трансформатора.
Магнитопровод с обмотками помещается в металлический бак, который служит в качестве резервуара для охлаждающего масла, предохраняет обмотки и другие находящиеся внутри бака детали от повреждений, а также образует поверхность охлаждения, необходимую для отвода тепла из трансформатора.
Баки трансформаторов отличаются многообразием конструкций, определяемых главным образом мощностью трансформатора и условиями его работы. Чем больше мощность трансформатора, тем большее количество тепла должны отводить стенки бака.
Баки имеют вид сварных резервуаров прямоугольной или овальной формы. Они бывают гладкими, ребристыми, трубчатыми и с радиаторами.
У трансформаторов небольшой мощности, где абсолютная величина отводимых в виде тепла потерь невелика, баки имеют гладкие стены. У более мощных трансформаторов (выше 50 кВА) баки снабжены циркуляционными трубками круглого или овального сечения, улучшающими условия охлаждения трансформаторов. У мощных трансформаторов баки имеют патрубки с фланцами, к которым присоединяются радиаторы, охлаждаемые вентиляторами.
Патрубки баков с радиаторами оснащены плоскими радиаторными кранами, позволяющими в случае необходимости снимать отдельные радиаторы без слива масла из трансформатора. Баки установлены на катки, позволяющие перемещать трансформатор на небольшие расстояния в пределах помещения подстанции.
Бак закрывается крышкой, которая служит для его герметизации, а также для размещения на ней различных приборов и деталей, К числу приборов, установленных на крышке бака трансформатора, относятся: термометр и термометрический сигнализатор, пробивной предохранитель, вводы, переключатель отводов обмотки для регулирования напряжения, расширитель, газовое реле и предохранительная труба.
Термометр и термометрический сигнализатор служат для контроля температуры верхних слоев масла, находящегося в баке трансформатора. В трансформаторах мощностью до 1000 кВА применяют обычный стеклянный термометр с шкалой от—20 до + 100°С, а в более мощных трансформаторах — термометрический сигнализатор ТС-100, который не только позволяет контролировать температуру масла, но и при повышении ее более допустимого предела посылает импульсы тока, приводящие в действие звуковой сигнал или устройство, отключающее трансформатор.
Пробивной предохранитель предназначен для защиты персонала и низковольтных аппаратов от высокого напряжения при переходе потенциала с обмоток ВН на обмотки НН вследствие пробоя изоляции между обмотками или отводами. При появлении на обмотках НН высокого потенциала воздушные промежутки, образованные отверстиями в слюдяной пластинке предохранителя, пробиваются, и обмотка НН оказывается заземленной.
Вводы силовых трансформаторов представляют собой армированные проходные конструкции из фарфора, обеспечивающие изоляцию выводимых из баков концов обмоток.
Переключатели (рис. 190) служат для регулирования напряжения трансформатора путем переключения отводов обмотки ВН и изменения таким образом соотношения витков обмоток ВН и НН (коэффициента трансформации) в пределах ±5%.
Расширитель (консерватор) обеспечивает постоянное заполнение бака трансформатора и компенсирует изменение (увеличение или уменьшение) объема масла в баке при колебаниях температуры. Наличие расширителя уменьшает поверхность соприкосновения масла с атмосферным воздухом и таким образом защищает масло от увлажнения и окисления.
Газовое реле предохраняет силовой трансформатор от внутренних повреждений, вызывающих местный нагрев стали магнитопровода или обмоток. При сильных местных нагревах, разлагающих масло, дерево или изоляцию, образуются газы, которые, воздействуя на соответствующие контакты газового реле, замыкают электрические цепи, вызывая действие сигнала или отключение трансформатора.
Предохранительная труба сообщается с баком и служит для отвода газов в атмосферу при бурном газообразовании вследствие «пожара» стали и других серьезных повреждений. Предохранительная труба представляет собой стальной цилиндр, один конец которого снабжен фланцем и крепится болтами к крышке, а второй закрыт мембраной из стекла или фольги.
При серьезных повреждениях внутри трансформатора, вызывающих резкое повышение давления в баке и отказе газового реле, мембрана предохранительной трубы разрушается газами и последние выходят в атмосферу, чем и предотвращается опасность взрыва бака.
Доставленный к месту установки трансформатор тщательно осматривают, чтобы убедиться в целости фарфоровых вводов, маслоуказателей и других приборов, наличии всех крепежных деталей на шпильках вводов и фланцах, в отсутствии вмятин на циркуляционных трубах и течи масла из сварных швов и уплотнений.
Поступающие на монтаж трансформаторы вскрывать не рекомендуется. Вскрывать их можно только при наличии оснований предполагать, что в трансформаторе имеются повреждения. устранимые в местных условиях. Основаниями для вскрытия и ревизии трансформатора могут быть: обрыв отводов или выводов обмоток, заедание или иная неисправность переключающего устройства, увлажнение обмоток и т. п.
Рис. 190, Переключатели отводов обмоток для регулирования напряжения трансформаторов:
а — принципиальная схема переключателя. 6 — конструкции переключателей типа ТПСУ: I — указатель положения переключателя, 2— колпак привода, 3 — стопорный болт, 4 — фланец, 5 — крышка трансформатора, 6 — резиновое уплотнение 7 и 13 — болты крепления цилиндра, 3 — бумажно-бакелитовый цилиндр, 3 — болт крепления трубки, 10 — бумажно-бакелитовая трубка, 11 — коленчатый вал, 12 — сегментный контакт, 14 — неподвижный контакт с болтом
При удовлетворительных результатах общего осмотра трансформатора удаляют временные уплотнения в маслоуказателе и расширителе, а краник маслоуказателя переводят в положение «Открыто».
Проверяют сообщаемость маслоуказателя с расширителем и расширителя с баком, для чего спускают через нижний спускной кран небольшое количество масла, наблюдая за его уровнем в маслоуказателе. Если при спуске масла из бака и последующей доливке сухого масла в расширитель уровень масла в стекле маслоуказателя будет соответственно понижаться, а затем повышаться, то это будет свидетельствовать о нормальной сообщаемости между маслоуказателем, расширителем и баком.
Чтобы при доливке масла обеспечить .выход воздуха, должны быть открыты пробки на предохранительной трубе, краны на крышке газового реле и бака.
Уровень масла в маслоуказателе должен находиться вблизи черты, нанесенной на маслоуказателе или рядом с ним на расширителе.
При уменьшении количества масла необходимо произвести доливку его в бак. Характеристика и качество доливаемого масла должны соответствовать характеристике и качеству масла в баке.
Для проверки качества масла, находящегося в баке монтируемого трансформатора, через нижний кран бака отбирают пробу масла и испытывают его диэлектрическую прочность; пробивное напряжение масла силовых трансформаторов напряжением 10 кВ должно быть не менее 25 кВ. При помощи мегомметра убеждаются в исправности пробивного предохранителя и измеряют сопротивление изоляции обмоток. Сопротивление изоляции должно составлять не менее 70% сопротивления, измеренного на заводе и указанного в паспорте трансформатора.
Если трансформатор исправен, уровень масла в нем находится в пределах отметок, маслоуказателя, а диэлектрическая прочность масла — не ниже 25 кВ, то трансформатор может быть установлен и включен в работу без сушки.
Сушить трансформаторы можно различными способами, но наиболее эффективным и доступным в монтажных условиях методом сушки является сушка в собственном баке с подогревом методом индукционных потерь в стали бака.
Для сушки трансформатора сливают из него масло, а затем, отвернув болты, крепящие крышку к баку, поднимают выемную часть трансформатора с помощью подъемных механизмов (тали, краны и т. д.).
Для строповки на крышках трансформаторов имеются подъемные кольца.
Приподняв крышку на 10—15 мм, осматривают положение уплотняющей прокладки и принимают меры к ее сохранению для повторного использования. Прокладку часто устанавливают на бакелитовом лаке, поэтому она с течением времени прочно пристает к раме (фланцу) бака или крышке. Чтобы не повредить прокладку, надо слегка приподнять крышку над баком и осторожно отделить ножом прилипшую часть прокладки, остерегаясь при этом, чтобы пальцы не оказались в щели, образовавшейся между крышкой и баком.
У трансформаторов, вводы которых расположены не на крышке, а на стенках бака, вначале сливают масло из бака до понижения его уровня на 80—100 мм ниже отверстий, в которых установлены изоляторы вводов, снимают крышку, отсоединяют концы обмоток ВН и НН от вводов, разбирают и удаляют вводы, а затем уже поднимают сердечник из бака.
Трансформатор может быть вскрыт при условии, если температура охлаждающего воздуха ниже или, в крайнем случае, равна температуре выемной части, измеренной на верхнем ярме. Это требование вызвано тем, что при температуре окружающего воздуха выше температуры выемной части содержащаяся в воздухе влага будет конденсироваться на поверхности обмоток и таким образом увлажнит и резко снизит электрическую прочность их изоляции.
Если температура окружающего воздуха выше температуры выемной части, то до подъема сердечника необходимо повысить его температуру; для этого трансформатор в течение нескольких часов выдерживают в помещении, где будет производиться разборка, или же подогревают сердечник методом короткого замыкания. При подогреве методом короткого замыкания вводы обмоток низшего напряжения (НН) замыкаются «накоротко», а к выводам обмоток высшего напряжения (ВН) подводят напряжение 120, 220 или 380 в. Подогревая сердечник трансформатора методом короткого замыкания, рекомендуется температуру выемной части поднять на 10—15° выше температуры окружающего воздуха. Продолжительность пребывания выемной части ремонтируемого трансформатора вне масла не должна превышать 12 ч при влажной погоде и 16 ч при сухой погоде, считая с начала слива масла из бака трансформатора.
Подъем выемной части должен быть выполнен с соблюдением мер, исключающих повреждение отдельных деталей трансформатора и возможность несчастных случаев с персоналом. В частности, рекомендуется при подъеме выемной части придерживать ее веревочными оттяжками с двух сторон во избежание повреждений обмоток, отводов и вводов вследствие ударов о стенки бака.
После того как сердечник будет полностью вынут из бака и поднят над ним не менее чем на 200 мм, бак следует отнести в сторону. Стоять под находящимся на весу сердечником или производить в это время его осмотр категорически запрещается. Для удобства осмотра, дальнейшей разборки и ремонта выемную часть устанавливают на прочном деревянном помосте из оструганных досок. Высота помоста 0,3—0,5 м.
Перед осмотром сердечника его обмотки очищают от грязи и промывают струей трансформаторного масла, температура которого 35—40° С. При необходимости сушки укрепляют на обмотках 2—3 термопары, а затем опускают сердечник в бак, предварительно очищенный от грязи, промытый чистым маслом и вытертый насухо.
Существует несколько способов сушки силовых трансформаторов, но наиболее простым и поэтому широко применяемым в монтажной практике является метод сушки в баке индукционными потерями в стали бака. От действия магнитного потока в стенках бака появляются вихревые токи, которые нагревают бак и находящуюся в нем активную часть (магнитопровод с обмотками) и таким образом сушат изоляцию обмоток и изолирующие детали магнитопровода.
Бак утепляют двумя слоями листового асбеста, поверх которого накладывают намагничивающую обмотку проводом с асбестовой изоляцией, которая противостоит высокой температуре. Для удобства регулирования нагрева намагничивающую обмотку выполняют двух- или трехступенчатой с расположением витков провода на расстоянии 3—5 мм один от другого.
Данные для выбора намагничивающей обмотки приведены в табл. 29.
Таблица 29
Данные намагничивающих обмоток для сушки трансформаторов методом индукционных потерь в стали бака
Мощность трансформатора, кВА | Тип бака | Сечение намагничивающей обмотки. | Число витков | Напряжение сети, а | Ток, а |
50 | Трубчатый | 10 | 48 | 54 | 32 |
100 | Ребристый | 10 | 30 | 60 | 67 |
320 | Трубчатый | 10 | 41 | 95 | 52 |
560 | Ребристый | 25 | 52 | 220 | 68 |
1800 | Трубчатый | 25 | 28 | 220 | 100 |
Примечания: 1. Количество витков намагничивающей обмотки. указано Для случая сушки трансформатора в утепленном баке. При неутепленном баке число витков обмотки должно быть сокращено на 25—30%.
2. Приведенные значения токов в обмотке являются приближенными, так как величина их зависит также от шага витков обмотки, зазора между обмоткой и поверхностью бака и других факторов.
Сушка трансформатора должна вестись в режиме, указанном в табл. 30.
Сборку трансформатора выполняют в порядке, обратном разборке.
В последнюю очередь монтируют газовое реле, проверенное лабораторией. Корпус газового реле (с вынутой из него на время монтажа системой поплавков) устанавливают горизонтально, а маслопровод, соединяющий расширитель с баком, — с уклоном на 2—4% в сторону крышки трансформатора.
Режим сушки трансформатора в собственном баке методом индукционных потерь в стали бака
Соединения маслопровода с крышкой трансформатора, расширителем и корпусом реле осуществляют на прокладках из клингерита или листовой пробки, смазанных глифталевым лаком. Смотровое окно газового реле должно быть расположено со стороны, удобной для наблюдения за положением его внутренних деталей.
Смонтировав корпус газового реле, устанавливают в нем поплавковую систему так, чтобы стрелка была направлена от бака трансформатора к расширителю, а затем присоединяют к зажимам реле провода цепей сигнализации и отключения.
Собранный трансформатор доставляют к месту установки. При передвижении трансформатора по наклонной плоскости угол наклона трансформатора не должен превышать 15°. При вкатывании трансформатора в помещение подстанции надо следить за тем, чтобы в это время кто-либо из монтажников не оказался между стеной и вкатываемым трансформатором.
Установив трансформатор, присоединяют его. вводы к шинам распределительного устройства и следят за тем, чтобы шины не создавали механических усилий на вводы. Корпус бака трансформатора заземляют. г
Исправность трансформатора и правильность действия его приборов проверяют пробным включением. Перед пробным включением максимальную защиту временно устанавливают с нулевой выдержкой времени, сигнальные контакты газовой защиты присоединяют на отключение масляного выключателя.
Пробное включение производят на полное номинальное напряжение, после чего в течение 30—40 мин прослушивают трансформатор при помощи бакелитовой трубки длиной 1 м. Исправный трансформатор при работе издает ровный звук (гудение) низкого тона. При появлении сильного шума, снижении уровня масла, течи масла или иных признаков повреждения трансформатор должен быть немедленно отключен и тщательно осмотрен.
Вновь смонтированный силовой трансформатор подлежит сдаче в эксплуатацию. При приеме-сдаче трансформатора должна быть предъявлена следующая документация:
- Заводской паспорт и техническая документация, на основании которой производился монтаж трансформатора.
- Протоколы ревизии и сушки выемной части трансформатора (если они производились).
- Протоколы проверки газового реле и испытания устройств релейной защиты и автоматики.
- Полный анализ масла и протокол испытания диэлектрической прочности масла.
- Протоколы испытания (у трансформаторов мощностью выше 1000 кВА) изоляции обмоток и измерения тока холостого хода.
