Конструкция, включающая в собранном виде магнитную систему со всеми деталями, служащими для ее крепления, называется остовом трансформатора.
Комплект пластин, изготовленных из электротехнической стали и собранных в определенной геометрической форме, предназначенной для концентрации основного магнитного поля трансформатора, называется магнитной системой трансформатора. Магнитная система состоит из стержней, на которых расположены обмотки, и ярм, замыкающих магнитную цепь. Поверхность пластин изолирована либо жаростойкой пленкой или лаком, либо жаростойкой и лаковой пленками в сочетании.
По устройству различают броневые, бронестержневые и стержневые магнитные системы. В силовых трансформаторах наибольшее применение получила стержневая магнитная система, у которой в отличие от двух других нет боковых ярм.
По способу сборки магнитные системы подразделяются на стыковые и шихтованные. Стыковой называется магнитная система, в которой стержни и ярма собраны и скреплены раздельно и при сборке соединяются встык. Эта система отличается простотой сборки, но имеет ряд существенных недостатков и используются в настоящее время только в реакторах.
В отечественном трансформаторостроении в основном применяют шихтованную магнитную систему, в которой стержни и ярма собирают впереплет (рис. 1): укороченные пластины стержней 1 стыкуют с удлиненными пластинами ярм, затем, перекрывая стык внахлест, удлиненные пластины стержней стыкуют с укороченными пластинами ярм. Укладывая слой за слоем, набирают магнитную систему до необходимой толщины. Такое сопряжение стержней с ярмами называют шихтовкой с прямым стыкованием пластин.
Рис. 1. Шихтованная магнитная система с прямым стыкованием пластин
Рис. 2. Шихтование плоской трехстержневой магнитной системы с прямым стыкованием пластин:
а — положение пластин предыдущего слоя, б — положение пластин последующего слоя
Обычно для ускорения процесса сборки в каждый слой при шихтовке укладывают не по одной, а по две-три пластины, поэтому сборку называют шихтовкой р две или соответственно в три пластины. При такой сборке полная толщина стержней и ярм состоит из чередующихся слоев пластин (рис 2, а, б). Шихтовка пластин с прямыми стыками широко применялась в магнитных системах из горячекатаной стали. При применении холоднокатаной стали для более полного использования ее свойств магнитные системы собирают так, чтобы направление магнитного поля совпадало с направлением проката не только в стержнях и ярмах, но и в местах перехода из стержней в ярма. Для этого применяют схему сборки с косыми стыками (рис. 3, а, б), уменьшающими участки магнитной цепи, на которых индукционные линии не совпадают с направлением проката. В магнитных системах с косыми стыками уменьшаются общие потери холостого хода на 10—12%, а токи холостого хода — на 25—30%.
Шихтовка с косыми стыками несколько усложняет заготовку пластин и сборку магнитной системы, поэтому иногда сборку упрощают: делают четыре косых (по углам) и два прямых стыка, или комбинируют первый слой с косыми стыками, второй — с прямыми (рис. 4, а, б).
В трансформаторах I—II габаритов часто применяют витую магнитную системe в которой стержни и ярма образуют цельную конструкцию и получаются навивкой лент из электротехнической стали.
Рис. 3. Схема шихтовки трехстержневой магнитной системы с косыми стыками пластин:
а — положение пластин предыдущего слоя; б — положение пластин последующего слоя
Пластины магнитных систем старых выпусков покрывали с двух сторон изоляционным лаком. В настоящее время используют рулонную трансформаторную сталь с жаропрочным изоляционным покрытием (оксидным и магниево-фосфатным), которую не требуется дополнительно изолировать лаком. Поперечное сечение стержней и ярм делают многоступенчатым с тем, чтобы па форме оно было близко к кругу. Это достигается применением пластин разной ширины.
Рис. 4. Схема шихтовки с комбинированием прямых и косых стыков пластин:
а — первый слой, б — второй слой
Стержни и ярма магнитных систем трансформаторов мощностью 630 кВ'А и более скрепляют способом стягивания: шпилечным и бесшпилечным. Шпилечный способ заключается в том, что в сквозные отверстия стержней и ярм вставляют стальные шпильки, изолированные от активной стали и ярмовых балок бумажно-бакелитовыми трубками и изоляционными шайбами и затягивают их гайками. Такой способ в основном применялся в магнитных системах, собранных из пластин горячекатаной стали.
На рис. 5 показано устройство остова с трехстержневой шпилечной магнитной системой трансформатора третьего габарита. Стержни 1 стянуты шпильками 5, ярма 2 — шпильками 4 и ярмовыми балками 3. Ярмовые балки создают равномерную прессовку ярм и являются опорой для обмоток. Отверстия 7 на верхних ярмовых балках предназначены для крепления подъемных шпилек; вертикальные шпильки 5, изолированные бумажно-бакелитовыми трубками 9 связывают верхние ярмовые балки с нижними, а также служат для прессовки обмоток. Остов в дно бака опирается пластинами 11, которые изолированы от активной стали прокладками 10. Нарушение электрической изоляции между ними может привести к перегреву, увеличению потерь и повреждению трансформатора. Для изоляции балок от ярма между ними помещают электрокартонную прокладку 6. Изоляция шпилек от стержня и ярма показана на рис. 23.
Рис. 5; Остов трехфазного трансформатора со шпилечной стяжкой магнитной системы (а); электрокартонная изоляция ярмовой балки (б)
Рис. 6. Конструкция изоляции стяжных шпилек: а — стержня; б — ярма; 1 — стяжная шпилька, 2 — бумажно-бакелитовая трубка, 3 — активная сталь стержня, 4, 7 — электрокартонные прокладки, 5 —стальная шайба, 6 — активная сталь ярма, 8 — ярмовая балка
Из-за потерь от вихревых токов и перемагничивания стали магнитная система нагревается. Для отвода теплоты у магнитных систем трансформаторов мощностью до 6300 кВ-А обычно бывает достаточно их наружной поверхности. У более мощных трансформаторов охлаждающую поверхность увеличивают созданием каналов между пакетами пластин. Каналы делают также между ярмами и ярмовыми балками, устанавливая между ними изоляцию («мост»), состоящую из электрокартонной пластины 12 и прикрепленных к ней электрокартонными заклепками 14 подкладок 13, набранных до требуемой толщины из полосок электрокартона и склеенных бакелитовым лаком в горячем прессе (рис. 5,6).
При работе трансформатора остов находится в электрическом поле, вследствие чего он приобретает электрический заряд. Так как заряд в отдельных частях остова не одинаков, то между ними может возникнуть разность потенциалов, что вызывает разряды. Чтобы избежать этого явления, магнитную систему и ярмовые балки заземляют.
Существует несколько типовых схем заземления; выбор той или иной схемы зависит от мощности трансформатора и конструкции магнитной системы. На рис. 7 показана конструкция заземления, применяемая в трансформаторах от 1 до 6,3 MB-А. Между пластинами первого от ярмовой балки 7 пакета 1 на растоянии от края 10 мм (при толщине пакета менее 20 мм заземляющую шинку располагают по середине пакета) на глубину 75 мм вставлена луженая медная шинка 2 толщиной 0,3 мм и шириной 30 мм. Другой ее конец болтом 4 с помощью стопорной шайбы 5 прикреплен к бобышке 6, приваренной к ярмовой балке со стороны отводов НН. Симметрично такую шинку устанавливают на нижнем ярме. Цепь заземления через ярмовые балки и элементы конструкции соединена с заземляемым баком. У трансформаторов I иногда II габарита второй конец шинки зажимают между ярмовой балкой и электрокартонной прокладкой 3.
Рис. 7. Конструкция заземления магнитной системы трансформаторов мощностью 1—6,3 MB-А
Рис. 8. Способы бесшпилечной прессовки (стяжки) магнитной системы:
а — ярм внешними шпильками, стержней — стеклобандажами, б — ярм полубандажами; 1 — полоса из электрокартона, 2 — стеклобандаж, 3 — стержень, 4 — ярмовая балка, 5 — внешняя шпилька, 6 — верхнее ярмо, 7 — электрокартонная пластина, 8 — электрокартонная изоляция полубандажа, 9 — стальной полубандаж, изолированный стеклолентой, 10 — изоляционная прокладка из стеклотекстолита, 11 — стальная гайка с шайбой
В магнитных системах из холоднокатаной стали применяют бесшпилечную прессовку стержней и ярм. Поэтому необходимость в штамповке отверстий в пластинах отпадает; это позволяет более полно использовать свойства стали.
Для стяжки стержней некоторых трансформаторов ранее применяли металлические бандажи. Однако в виду ряда недостатков они широкого распространения не получили. В настоящее время для стяжки стержней используют только стеклобандажи.
Бесшпилечная прессовка магнитной системы показана на рис. 8. Внешними шпильками 5, расположенными на концах ярмовых балок 4, прессуют ярмо. Стержни 3 стягивают стеклобандажами 2— лентой ЛСБ-Т, навитой в несколько слоев сверху полосы 1 из электрокартона.
Ярма магнитных систем трансформаторов мощностью 4000— 6300 кВ-А стягивают внешними шпильками, более мощных — специальными внешними стальными коробками, изолированными электрокартоном, а в пролетах стержней — полубандажами (рис. 8). Верхние ярмовые балки с нижними при бесшпилечной стяжке скрепляют стальными пластинами, расположенными по обе стороны каждого стержня, или вертикальными шпильками.
Рис. 8. Общий вид остова с бесшпилечной магнитной системой трехфазного трансформатора III габарита: 1 — нижние ярмовые балки, 2 — стержень, 3 — вертикальные стяжные шпильки, 4 — верхние ярмовые балки, 5 — подъемные планки, 6 — верхнее ярмо, 7 — стальные полубандажи, 8 — стеклобандажи, 9 — винты прессовки обмоток, 10 — нижнее ярмо, 11 — полки для опоры обмоток, 12 — опорные пластины
Остовы стыковой магнитной системы применяются в основном только в реакторах переключающих устройств РПН и шунтирующих реакторах для компенсации емкостных токов в электрических сетях высокого напряжения. Стержни остова стыковой магнитной системы (рис. 9) состоят из отдельных плоскоступенчатых вставок 3, набранных из пластин и спрессованных стальными шпильками, изолированными бумажно-бакелитовыми трубками и электрокартонными шайбами. Вставки изолированы одна от другой прокладкми из электрокартона. Подбирая толщина прокладок, получают требуемое индуктивное сопротивление реактора.
Рис. 9. Остов стыковой магнитной системы реактора
Ярма реактора спрессованы ярмовыми балками 1 и сквозными стальными шпильками 2. Ярма и вставки заземляют, соединяя их между собой и стенкой бака заземляющей шинкой. Составленные в единую конструкцию ярма и вставки скрепляют массивными стальными шпильками 4 и поперечными опорными балками 6, изолированными от ярма электрокартоном. Активную часть шунтирующих реакторов, как и силовых трансформаторов, помещают в бак с трансформаторным маслом, реакторов РПН — в бак трансформатора.
