Контрольные и сигнальные устройства охватывают комплекс аппаратуры, следящей за нормальной работой трансформатора в процессе его эксплуатации. Эти устройства разделяются на две группы: 1) аппараты, следящие за нормальной работой электрической части трансформатора, например ТТ; 2) аппараты, следящие за состоянием масла в трансформаторе, — маслоуказатели, термосигнализаторы, реле минимального уровня масла и др.
Указатели уровня масла трансформатора
Масляные трансформаторы снабжают указателями уровня масла (маслоуказателями). Согласно ГОСТ 11677-75 маслоуказатель располагают со стороны НН. По требованию заказчика маслоуказатель может располагаться со стороны ВН. Он должен быть выполнен так, чтобы легко было наблюдать за уровнем масла с уровня установки трансформатора. Применяются три конструкции маслоуказателей: плоские, трубчатые и стрелочные.
Маслоуказатель устанавливают на дне расширителя в пределах его полезной емкости (рис. 1), а в трансформаторах без расширителя — на стенке бака в его верхней части.
Рис. 1. Установка маслоуказателя на расширителе.
1 — стальная обечайка расширителя; 2 — маслоуказатель; 3 — съемное стальное дно расширителя; 4 — трансформаторное масло.
Маслоуказатель используется как при колебаниях уровня масла в зависимости от изменений окружающей температуры и нагрузки трансформатора, так и при заливке масла в трансформатор или его доливке. Он должен показывать уровень масла во всем диапазоне расширения масла от минимального до максимально допустимого. Поэтому при использовании плоского и трубчатого стеклянных маслоуказателей минимальный допустимый уровень масла в расширителе должен быть выше низа видимой части стекла, а высший расчетный уровень - ниже верхней точки видимой части стекла. Во всех случаях низший допустимый уровень должен быть с запасом на производственные отклонения, т. е. выше верхней точки конца маслопровода, выступающего внутрь расширителя. Стеклянные маслоуказатели работают по принципу сообщающихся сосудов.
Плоский стеклянный маслоуказатель.
а) Плоские маслоуказатели (рис. 2) устанавливают на расширителях диаметром 200—470 мм или на верхних частях стенок баков трансформаторов, не имеющих расширителей.
Плоский маслоуказатель изготовляется из органического прозрачного стекла 2 толщиной 3 и шириной 20 мм. Длины применяемых в настоящее время маслоуказателей составляют 141, 186 и 371 мм. На стекле нанесены три контрольные черты, соответствующие уровням масла в неработающем трансформаторе при температурах масла —45, +15 и +40°С. Для установки маслоуказателя стекло вставляют в фигурную резиновую шайбу 3. Стекло вместе с шайбой накрывают стальным фасонным фланцем 4 толщиной 2 мм, который гайками 6 на вваренных в дно расширителя шпильках 5 крепится на дне расширителя 1 или стенке бака. В дне делают два отверстия диаметром 10 мм для того, чтобы масло из расширителя поступало под стекло маслоуказателя.
Конструкция плоского маслоуказателя проще и надежнее конструкции трубчатого маслоуказателя, стекло которого может разбиться. Тем не менее маслоуказатели больших размеров применяв не рекомендуется, так как надежного уплотнения по всему периметру стекла можно достичь только при стеклах малых размеров.
Рис. 2. Установка плоского маслоуказателя на дне расширителя. 1 — съемное стальное дно расширителя; 2 — плоское стекло маслоуказателя; 3 — резиновая шайба, уплотняющая стекло маслоуказателя; 4 — прижимной стальной фасонный фланец; 5 — вваренная в дно шпилька; 6 — гайка.
Недостатком такого маслоуказателя является то, что уровень масла можно видеть, только если стоять против дна расширителя, на котором установлен маслоуказатель; сбоку уровень масла не виден.
Трубчатый маслоуказатель.
б) Трубчатые маслоуказатели устанавливают на расширителях диаметром от 470 мм и более. Маслоуказатель (рис. 3) представляет собой стеклянную трубку 1 диаметром 16 или 30 мм, герметично закрепленную сверху и снизу в коленах 2 из алюминиевого сплава. Герметизация достигается при помощи резиновых прокладок — шайб 3 полукруглого сечения, плотно облегающих стеклянную трубку в местах сочленения с коленами, и сжатых прижимными фланцами 4 при помощи болтов и гаек. Верхнее и нижнее колена через резиновые уплотнительные прокладки крепят болтами и гайками к патрубкам, вваренным в днище расширителя 6. Патрубки на днищах необходимы для создания достаточного зазора между стеклянной трубкой маслоуказателя и днищем.
Конструкция нижнего колена благодаря опорным выступам в зоне соприкосновения с торцом стеклянной трубки и кольцевому зазору допускает отклонение оси трубки от вертикали на угол до 20° в любую сторону. Такой способ сочленения стеклянной трубки и колена исключает ее поломку при креплении маслоуказателя к фланцам, вваренным в днище с взаимной несоосностью. Больший перекос недопустим, так как при затягивании нажимных фланцев трубка может лопнуть. Нижнее колено снабжено запорным винтом 7, выворачивая который, можно перекрыть поступление масла из расширителя в маслоуказатель, это может потребоваться при замене стеклянной трубки, ее очистке или смене резиновых уплотнений.
Рис. 3. Установка трубчатого маслоуказателя.
1 — стеклянная трубка; 2 — алюминиевые колена (нижнее и верхнее); 3 — резиновые прокладки: 4 — стальные прижимные фланцы; 5 — фасонная резиновая прокладка, уплотняющая маслоуказатель; 6 — съемное стальное дно расширителя; 7 — специальный запорный винт.
Маслоуказатели с диаметром стеклянной трубки 16 мм применяют для расширителей диаметрами 470 и 690 мм, и, как правило, их не демонтируют на время транспортирования. Поэтому для защиты стекла от случайных повреждений при транспортировании на маслоуказатель устанавливают стальной кожух. Маслоуказатели с диаметром стеклянной трубки 30 мм применяют для расширителей диаметрами 940, 1260 и 1570 мм, используемых в мощных трансформаторах. Поскольку у таких трансформаторов на время транспортирования всегда демонтируют расширитель и маслоуказатель (отправляется заказчику в отдельной упаковке), защитный кожух не нужен.
Контрольные температурные отметки уровней масла наносят непосредственно на дне расширителя красками или эмалями, стойкими к атмосферным воздействиям. Некоторые заводы-изготовители применяли трубчатые маслоуказатели, конструкции которых несколько отличались от описанной. Трубчатые маслоуказатели удобнее в эксплуатации по сравнению с плоскими, однако не удовлетворяют всем требованиям потребителей. Их применение в климатических районах с интенсивной солнечной радиацией нежелательно.
Стрелочный магнитный маслоуказатель.
в) В трансформаторах отечественного производства мощностью 10 MB-А и более широкое распространение получает стрелочный магнитный маслоуказатель (рис. 4). Конструкция маслоуказатели поплавковая; связь поплавка, находящегося на поверхности масла внутри расширителя, со стрелочным наружным указателем уровня осуществляется посредством рычажного привода и двух постоянных магнитов. Один из магнитов механически связан с поплавковым приводом и расположен вместе с ним во внутренней полости расширителя. Второй расположен снаружи, отделен от первого тонкой немагнитной герметичной перегородкой и несет на себе стрелку указателя. Поля магнитов взаимодействуют через перегородку, в результате они оба 'перемещаются одинаково и синхронно в зависимости от положения поплавка.
Рис. 4. Стрелочный маслоуказатель.
а — стрелочный маслоуказатель для расширителей, снабженных пленочной защитой масла; б — то же для расширителей, сообщающихся с атмосферой; 1 — наружный магнит; 2 — литой корпус из немагнитного материала; 3 — внутренний магнит; 4— привод (исполнение I); 5 — рычаг; 6 — поплавок; 7— ограничитель; S — магнитоуправляемый контакт (геркон); — выводы коробки зажимов; 10 — привод (исполнение II).
Маслоуказатели предназначены для установки на расширителях диаметрами 470—1570 мм и изготовляются в двух исполнениях: для герметичных трансформаторов, снабженных встроенной пленочной защитой масла от увлажнения и окисления (рис. 4,а), и для трансформаторов, сообщающихся с атмосферой посредством воздухоосушителей (рис. 4,6). Оба исполнения идентичны и различаются лишь конструкцией привода, являющегося съемным узлом корпуса маслоуказателя, выполненного из алюминиевого сплава.
Привод маслоуказателя, предназначенного для установки на трансформаторе со встроенной в расширитель эластичной оболочкой (исполнение I), представляет собой тонкостенную трубу — рычаг из алюминиевого сплава диаметром 16 мм, на одном конце которого закреплен поплавок — буковый шарик, а на втором — кронштейн, связывающий две конические зубчатые шестерни с подковообразным магнитом. Длина рычага прямо пропорциональна длине расширителя (630—2335 мм) и выбирается так, чтобы при изменении уровня масла в расширителе от минимального до максимального рычаг, следуя за поплавком, поворачивался на угол 40°. При этом передаточным отношением конических шестерней обеспечивается вращение магнита на угол 165°.
Конструкция привода маслоуказателя исполнения II проще: с одной стороны рычага из стальной проволоки диаметром 3 мм установлен пробковый поплавок, с противоположной — перпендикулярно закреплена ось магнита. Поплавок, находясь на поверхности масла, при изменении его уровня в расширителе сообщает вращательное движение непосредственно магниту, ось которого может свободно вращаться в подшипниках кронштейна. Длина рычага также зависит от диаметра расширителя (190—740 мм).
Приводы маслоуказателей обоих исполнений взаимозаменяемы и крепятся к корпусу при помощи четырех винтов. С внешней стороны к корпусу винтами прикреплена обойма (крышка) из алюминиевого сплава с установленной внутри нее шкалой диаметром 245 мм, магнитом и стрелкой. Полость обоймы защищена от внешней среды стеклом, которое прижимается к обойме через резиновые кольцевые прокладки фланцем, винтами и гайками. Стрелка укреплена на магните, представляющем собой прямоугольную пластину, расположенную напротив соосно внутреннему магниту, связанному с приводом. Оба магнита разделены стенкой корпуса толщиной около 2 мм. Наружный магнит, увлекаемый полем, следует за внутренним и, поворачиваясь вокруг своей оси, поворачивает стрелку.
Об уровне масла в расширителе судят по положению стрелки относительно стандартных контрольных отметок на шкале. Шкала маслоуказателя снабжена также отметками, соответствующими минимальному и максимальному допустимым уровням масла.
В корпусе маслоуказателя размещен герметизированный магнитоуправляемый контакт — геркон типа К.ЭМ-1, замыкающий цепь сигнализации при предельном снижении уровня масла в расширителе. Геркон (рис. 5) представляет собой пару контактных ферромагнитных плоских пружин 1, впаянных в герметичный стеклянный баллон 2, заполненный инертным газом. Впаянные в баллон концы пружин образуют нормально открытый контакт; контактирующие поверхности покрыты золотом, родием или палладием.
Рис. 5. Магнитный герметизированный контакт (геркон).
1 — контактные ферромагнитные пружины; 2 — стеклянный баллон.
Принцип действия геркона следующий. Под воздействием постоянного магнитного поля достаточной напряженности ферромагнитные контактные пружины, являющиеся одновременно и элементами магнитной цепи, намагничиваются. Образованные на их концах разноименные магнитные полюсы, взаимно притягиваясь, изгибают контактные пружины до их соприкосновения, замыкая таким образом контакт. После снятия воздействия магнитного поля силы упругой деформации возвращают пружины в исходное положение, вследствие чего контакт размыкается. В корпусе маслоуказателя геркон расположен таким образом, что его срабатывание происходит от поля магнитов, приближающихся к контакту при положении стрелки на шкале, соответствующем минимальному уровню масла в расширителе.
Магнитоуправляемый контакт допускает коммутирование тока сигнальной цепи при мощности не более 15 Вт и напряжении 220 В постоянного или 150 В переменного тока. Для подсоединения кабеле сигнальной цепи трансформатора корпус маслоуказателем снабжен коробкой зажимов, позволяющей закрепить также и защитный гибкий металлический рукав кабеля. Маслоуказатель крепится к фланцу расширителя болтами и перед отправкой трансформатора заказчику демонтируется, привод отделяется от корпуса.
Стрелочный маслоуказатель является совершенным и надежным контрольным устройством по сравнению с трубчатым, а его применение исключает необходимость использования специальных реле низкого уровня масла, устанавливаемых на расширителях трансформаторов мощностью 10 MB-А и более (ГОСТ 11677-75).
