§ 48. Ударный понижающий трансформатор ОМИ-1000/10
Для испытания выключателей, разрядников, реакторов, трансформаторов и других аппаратов на термическую и электродинамическую устойчивость применяется ударный понижающий трансформатор типа ОМИ-10000/10 производства Московского трансформаторного завода. Основные параметры трансформатора ОМИ-10000/10: трансформатороднофазный, двухобмоточный. Полная мощность трансформатора Р = 10 000 ква. Напряжение обмотки ВН составляет 10000 в ±2,5%, испытательное напряжение — 35 кВ. Напряжение обмотки НН: 500 в, 250 в и 125 в, испытательное напряжение — 3 кВ. Схема и группа соединений — 1/1-12. Трансформатор предназначен для внутренней установки.
Трансформатор ОМИ-10000/10 предназначен для получения больших токов. Трансформатор отличается от нормального силового трансформатора следующими особенностями: а) обеспечивает высокие значения номинального тока на стороне НН; б) обладает повышенной механической прочностью крепления обмоток и отводов, рассчитанных на частые короткие замыкания; в) позволяет изменять напряжение путем переключения катушек обмотки НН.
Работа в режиме короткого замыкания во внешней цепи обмотки низшего напряжения трансформатора оказывает большое влияние на конструкцию этой обмотки и ее отводов. Для получения токов в десятки и сотни килоампер обмотки и отводы низкого напряжения трансформатора ОМИ-10000/10 разделяются на большое число параллельных ветвей, что возможно при применении специальных конструкций обмоток и сложных шинных отводов.
На рис. 148 показана конструкция и расположение отводов обмоток НН трансформатора ОМИ-10000/10. Эти отводы выведены на крышку бака трансформатора. На рис. 149 показаны обмотки НН трансформатора ОМИ-10000/10, вид сбоку. Трансформатор ОМИ-10000/10 стержневого типа. На сердечниках х и А размещены обмотки низкого напряжения НН и высокого напряжения ВН, которые намотаны в чередующейся последовательности, как это показано на рис. 150.
Обмотки называются чередующимися, если обмотки высшего и низшего напряжений выполняются в виде цилиндров с одинаковыми средними диаметрами и располагаются на стержне одна над другой в осевом направлении стержня, как это видно из рис. 148. Обмотка трансформатора ОМИ-10000/10 выполнена круглой: внутренний диаметр ее — 700 мм, внешний — 984 мм. Круглая форма обмотки более простая в конструктивном отношении и является более прочной в механическом отношении по сравнению с прямоугольной формой. Для уменьшения возникающих при коротком замыкании осевых механических сил обе обмотки разделены на четыре чередующиеся группы на каждом стержне, как это показано на рис. 150, а и б. В одной группе имеется две двойные катушки низкого напряжения, между которыми размещены две двойные катушки высокого напряжения, соединенные между собой последовательно (рис. 150, б). Две соседние группы обмотки ВН соединены между собой последовательно, а эти две пары групп соединены между собой параллельно (рис. 150, а).
Рис. 148. Отводы обмоток низшего напряжения трансформатора типа ОМИ-1000/10.
Рис. 149. Крепление отводов обмотки НН трансформатора типа ОМИ-10000/10 к шинопроводу обмотки НН.
Рис. 150. Схемы соединений обмоток ВН трансформатора типа ОМИ-10000/10:
а — на сердечниках х и А; б — соединений одной группы.
Изменение числа групп позволяет также в широких пределах (5—25%) изменять реактивную составляющую напряжения короткого замыкания — увеличивающуюся с уменьшением числа групп и уменьшающуюся с их увеличением.
Для уменьшения радиальных механических сил необходимо выдержать для обеих обмоток одинаковые внутренние диаметры и размеры. В чередующейся обмотке приходится рассчитывать на испытательное напряжение обмотки ВН несколько промежутков — горизонтальных каналов между ВН и НН. Число этих промежутков растет с ростом числа групп, на которые разбита обмотка. У трансформатора ОМИ-10000/10 изоляционных каналов между группами имеется три, а между обмотками НН и ВН — восемь (рис. 150). Поэтому чередующиеся обмотки будут менее компактны, чем концентрические. К недостаткам чередующихся обмоток следует отнести наличие значительного числа паек соединений каждой из обмоток в процессе сборки трансформатора, в то время как конструкция концентрических обмоток допускает изготовление всей обмотки ВН и НН на один стержень непосредственно на обмоточном станке, одним проводом, или группой проводов без применения пайки.
В связи с тем, что на низкой стороне ОМИ-10000/10 необходимо получить значительные испытательные токи, в этом случае решающим обстоятельством является удобство параллельного соединения ряда катушек низкого напряжения — вне обмотки, на крышке бака трансформатора. Изоляционные промежутки при напряжении 10 кВ сравнительно невелики: изоляционные расстояния между катушками НН и ВН равны 48 мм, а расстояния между группами — 12 мм. На одном стержне между катушками ВН и НН имеется восемь прокладок из электрокартона шириной 70 леи (рис. 150, б). На каждом стержне трансформатора установлены восемь катушек низкого напряжения (рис. 151), начало и конец каждой из которых с помощью пакетов шин сечением 100 X 10 выводится на крышку трансформатора. Шины изолированы друг от друга клицами из дельтадревесины. В зависимости от необходимости получения различных напряжений на стороне низкого напряжения изменение ступеней НН достигается путем переключения начала и концов катушек НН, выведенных на крышку бака трансформатора (рис. 151).
Рис. 151. Схема соединения катушек низшего напряжения на сердечнике А и х трансформатора типа ОМИ-10000/10: a1. . . а9 и х1. . . х9 — выводы на крышку трансформатора.
Для получения напряжения 500 в, на стороне НН необходимо соединить четыре катушки последовательно (рис. 152). В свою очередь, четыре последовательно соединенные катушки образуют четыре группы и соединяются параллельно. В одной двойной катушке низкого напряжения имеется два витка, а в каждом витке — десять параллельных проводов.
Трансформатор ОМИ-10000/10 имеет два ввода высокого напряжения (рис. 154) и 32 ввода низкого напряжения. Вводы высокого напряжения установлены на задней стенке бака, а вводы низкого напряжения — на крышке трансформатора. Вводы низкого напряжения разделены на две группы по 16 штук: левая и правая сторона. Начало и конец катушек НН выводятся на крышку трансформатора и отделены друг от друга прокладкой из дельта-древесины. Отводы от катушек НН до крышки бака трансформатора выполняются в виде пакета шин сечением 100х10 км каждая. Во избежание вибраций и уменьшения электродинамических усилий все они скреплены клипами. Данный трансформатор предназначен для работы при относительно коротком времени — 5 сек с перерывами между опытами 15 мин. Во время перерывов тепло, выделяемое в обмотках и сердечнике, отводится в окружающую среду через масло и гладкие стенки бака.
Для учета изменения уровня масла в условиях эксплуатации при колебаниях температуры над крышкой установлен маслорасширитель. Объем расширителя — в пределах 10% объема масла в баке. На трансформаторе ОМИ-10000/10 установлены контактные термометры, которые указывают температуру масла и включают сигналы при чрезмерном перегреве.
Напряжение короткого замыкания ударного понижающего трансформатора
Рассмотрим необходимые для расчета основные данные и размеры обмоток трансформатора ОМИ-10000/10. Обмотка низкого напряжения (НН), напряжение 500 в, витков 8х2=16, вольт на виток — 62,5, катушек — 8, обозначение катушек — НН. Обмоточный провод ПББО, размеры 10,8 X 2,83 голого провода и 11,75х 3,78 — с усиленной изоляцией. Вес меди без изоляции — 825 кг, с изоляцией — 970 кг. Осевой размер катушки НН 11,8 мм, ширина — 142 мм. Размеры внутреннего и наружного диаметров показаны на рис. 153. Расстояние между катушками — 12 мм, а от ярма — 40 и 150 мм. На один стержень — 8 катушек НН, левых. Обмотка высокого напряжения (ВН): витков — 160, вольт на виток — 62,5, катушек — 16, стержней — 2. Марка обмоточного провода: 10,8х2,63/11,75х3,58. Вес меди с изоляцией — 440 кг. На один стержень — 8 двойных катушек ВН, левых.
Параметры магнитопровода трансформатора приведены в табл. 26.
Таблица 26
Параметры магнитопровода трансформатора
Рис. 153. Основные размеры обмотки трансформатора типа ОМИ-10000/10: а — осевые размеры катушек; б — диаметры обмотки.
Общий вес меди — 1837 кг, вес стали — 9090 кг. Плотность тока — 4,65 а/мм2. Приведенный размер провода [991]
Согласно [91], напряжение рассеяния
Для напряжения короткого замыкания получим:
После выполнения трансформатора ОМИ-10000/10 напряжение короткого замыкания оказалось несколько превышающим расчетное значение и равным 7,3%.
Значения токов короткого замыкания ударного понижающего трансформатора ОМИ-10000/10
Однофазный двухобмоточный трансформатор ОМИ-10000/10 с масляным охлаждением предназначен для испытаний аппаратов большими токами при определении термической и электродинамической устойчивости. Номинальные токи для однофазного трансформатора при разных значениях напряжения обмотки НН будут при напряжениях низковольтной обмотки 125, 250 и 500 в соответственно равны: 80, 40 и 20 ка. Трансформатор предназначен для работы в режиме короткого замыкания. Установившиеся токи короткого замыкания не должны превышать значений, указанных в табл. 27. По условиям термической устойчивости, число следующих друг за другом коротких замыканий не должно превышать 10. Продолжительность короткого замыкания — 5 сек, перерывы между двумя последовательными замыканиями — не менее 15 мин. Трансформатор может работать при следующих режимах нагрузок:
- холостой ход при 100% напряжения в течение 40 мин,
- работа при 50% тока и 50% напряжения от номинального значения в течение 3 ч;
- при 25% тока и 50% напряжения, от номинальных значений, допускается длительная нагрузка.
Таблица 27
Токи короткого замыкания трансформатора ОМИ-10000/10
Трансформатор должен выдерживать повторные внезапные короткие замыкания, при значении ударных токов, указанных в табл. 27, без каких- либо повреждений и остаточных деформаций. Величина потерь тока холостого хода и напряжения короткого замыкания не нормируется.
Расчет электродинамических усилий в обмотке ударного трансформатора ОМИ-10000/10
Найдем механические усилия в обмотках трансформатора. Так как поток рассеяния в чередующейся обмотке направлен радиально, то механические силы в каждой магнитно-уравновешенной группе будут направлены параллельно оси обмотки и будут стремиться отделить обмотки одной группы от другой. Поэтому механические силы Fo.c двух крайних обмоток будут оказывать давление на верхнее и нижнее ярма, а все средние обмотки (рис. 150) будут испытывать сжимающие усилия [86]
(VIII-85)
Рис. 154. План камеры ударных понижающих трансформаторов типа ОМИ-10000/10 лаборатории больших токов НИЦ в Бескудниково:
1 — ударные понижающие трансформаторы; 2 — токопровод низкого напряжения; 3 — ответвление токопровода к объектам испытания; 4 — шинопровод высокого напряжения; 5 — опорные фарфоровые изоляторы.
Рис. 155. Вид сбоку на ударный трансформатор и прилегающую камеру испытания большими токами:
1 — ОМИ-10000/10; 2 — токопровод; 3 — ответвления токопровода в камеру испытания.
