Бак
Бак масляного трансформатора, внутри которого устанавливают активную часть, представляет собой стальной резервуар, чаще всего овальной формы. К его дну приварена стальная стенка, охватываемая наверху рамой из угловой стали; к раме болтами прикреплена крышка. Конструкция баков трансформаторов меняется с увеличением мощности. Для трансформаторов малой мощности не требуется значительных поверхностей для отвода относительно небольшого количества тепла, выделяющегося при их работе. Поэтому для таких трансформаторов делают баки с гладкими стенками (гладкие баки).
На рисунке 1 показан трансформатор мощностью 25 кВА на напряжение 6 кВ с гладким баком. Вводы расположены на стенках бака 1 и закрыты стальными козырьками 2, защищающими вводы от попадания дождя. Трансформатор поднимают за два крюка 4, установленных вдоль большой оси бака. К дну бака приварены две поперечные пластины 5 из полосовой стали для крепления трансформатора к фундаменту. У таких трансформаторов уровень масла не доходит до крышки, поэтому ее соединение с верхней рамой 3 может быть немаслостойким, но обязательно герметичным.
1 — бак, 2 — защитные козырьки, 3 - рама бака, 4 — крюк для подъема, 5 — пластины для крепления трансформатора
Рисунок 1 - Трансформатор мощностью 25 кВА с гладким баком
У трансформатора мощностью 63 кВА и выше для отвода тепла уже недостаточно гладкой поверхности бака. Чтобы увеличить теплоотдачу, в стенки бака вваривают круглые трубы диаметром 51 мм с толщиной стенки 1,75 мм. Для мощностей 63—100 кВА в стенку вваривают несколько труб, занимающих только часть периметра стенки.
На рисунке 2 показан трехфазный трансформатор мощностью 63 кВА на напряжение 6/0,4 кВ. Бак 1 трансформатора имеет только шесть труб, расположенных в один ряд. Составные вводы НН (17) и ВН (18) установлены на стенке бака; защитные козырьки не показаны. Активная часть 11 установлена па дно бака на швеллерах 12 и пластинами 9 с помощью болтов и гаек прикреплена к угольникам 10, приваренным, изнутри к стенке бака. Отводы ВН (8) и НН (14) подсоединены к соответствующим вводам, а регулировочные ответвления — к переключателю ВН 15. На крышке 5 бака размещены: термометр 2; головка привода 4 переключателя 15, закрытая защитным колпаком 3; пробка 6 для заливки масла и «дыхания». На стенке бака установлен маслоуказатель 7 для контроля за уровнем масла и пробивной предохранитель 16.
1 — бак, 2 — термометр, 3 - колпак переключателя, 4 — привод переключателя, 5 — крышка бака, 6 — пробка, 7 — маслоуказатель, 8 — отводы ВН, 9 — пластина, 10 — угольник, 11 — активная часть, 12 — швеллер, 13 — пробка для слива масла, 14 — отводы НН, 15 — переключатель ВН, 16 — пробивной предохранитель, 17 — ввод НН, 18 — ввод ВН, 19 — магнитопровод
Рисунок 2 - Трехфазный трансформатор мощностью 63 кВА
Для трансформаторов мощностью 630—1600 кВА недостаточно одного ряда охладительных труб. В соответствии с необходимой величиной поверхности охлаждения трубы устанавливают в один, два или три ряда.
Отечественные заводы выпускают трансформаторы мощностью 63—630 кВ-А с овальными трубами, имеющими практически тот же периметр, что и круглые диаметром 51 мм, а площадь поперечного сечения овальной трубы составляет лишь около половины площади круглой. Следовательно, масса масла в овальных трубах примерно в два раза меньше, чем в круглых с той же поверхностью охлаждения. Кроме того, расстояние между двумя соседними овальными трубами (шаг труб) на 20 мм меньше, чем у круглых, что позволяет расположить больше труб в один ряд, а иногда вообще отказаться от второго ряда.
Охладительные устройства силовых трансформаторов
Во многих случаях вместо труб, вваренных в стенку, применяют трубчатые или пластинчатые (штампованные) охладители — радиаторы. Радиатор трансформатора — это навесной теплообменник, присоединяемый к патрубкам на стенках бака, через который происходит передача тепла от масла, заполняющего трансформатор, к воздуху.
Радиаторы состоят из большого числа (от 6 до 160 и более) вертикальных труб, образующих параллельные пути для циркулирующего в них масла. Вверху и внизу трубы вварены в верхнюю и нижнюю сборные коробки (коллекторы), которые с помощью патрубков присоединяются к баку. Нагретое масло попадает из бака в верхний коллектор, затем в трубы и, отдавая им тепло, охлаждается. Охлажденное масло через нижний коллектор поступает в нижнюю часть бака. Большинство радиаторов выполняют съемными, чтобы облегчить ремонт при работающем трансформаторе или его перевозку, если при установленных радиаторах размеры трансформатора превышают габариты железных дорог.
У трансформаторов мощностью выше 6300 кВА периметр бака обычно оказывается недостаточным для размещения необходимого количества радиаторов. В этом случае прибегают к различным видам искусственного (принудительного) охлаждения.
Наибольшее распространение получила система принудительного воздушного охлаждения. При этом способе охлаждения можно увеличить теплоотдачу радиаторов до 40% по сравнению с их теплоотдачей при естественном охлаждении. Обдув радиаторов осуществляется небольшими электровентиляторами, выполненными в водонепроницаемом исполнении. Каждый радиатор обдувается одним или несколькими вентиляторами.
Широкое распространение получила система масловоздушного охлаждения с принудительной циркуляцией масла и воздуха (ДЦ). Основное достоинство устройств системы ДЦ — возможность отвода большого количества тепла при относительно малых габаритах установок.
В отечественной и зарубежной практике для электропечных, преобразовательных и некоторых силовых трансформаторов общего назначения широко применяют масляно-водяную систему охлаждения. Охладительное устройство масляно-водяной системы охлаждения состоит из одного или нескольких водяных маслоохладителей, электронасосов (по одному на каждый охладитель), трубопровода, приборов для контроля работы и защиты устройства. Вся система устанавливается в закрытом помещении с температурой в зимнее время не ниже 0° С.
Циркуляция масла осуществляется электронасосами погружного типа; горячее масло поступает из верхней части трансформатора, перекачивается насосом через маслоохладитель и поступает в нижнюю часть бака.
Элементы арматуры трансформатора
Для передвижения трансформатора в пределах подстанции трансформаторы снабжают тележками с катками. Тележки могут быть съемными или, чаще, приваренными к дну бака. На заводе-изготовителе собранный трансформатор перемещают главным образом подъемными кранами, поэтому для перевозки в пределах завода тележка трансформатора не используется. В нижней части стенки бака располагают пробку для взятия пробы масла. Такая пробка необходима, если нужно проверить химический состав масла и его электрическую прочность. В дне бака помещают пробку для спуска остатков масла и грязи при замене масла.
В конструкцию бака входит большое количество уплотнений, суммарная длина которых достигает многих метров. В отечественных трансформаторах для уплотнений используют специальную маслостойкую резину. При хорошем качестве уплотнений исключается возможность течи масла и соответственно повышается надежность работы трансформатора в эксплуатации.
Расширитель
Расширители устанавливают на все трансформаторы мощностью 25 кВА и выше напряжением 6 кВ и выше (рисунок 3). Объясняется это рядом существенных достоинств конструкции трансформаторов с расширителями.
1 — маслопровод, 2 — газовое реле, 3 — кран для отсоединения расширителя, 4 — маслоуказатель, 5 — расширитель, 6 — выхлопная труба, 7 — пробка для заливки масла, 8 — отстойник
Рисунок 3 - Установка расширителя и выхлопной трубы
Дело в том, что температура масла в трансформаторе из-за колебания температуры обмоток и окружающего воздуха непрерывно изменяется. Согласно ГОСТ 11677—76 температура окружающего воздуха может изменяться от —45 до +40° С. Если трансформатор не работает, то температура его масла и окружающего воздуха одинаковы. При работе температура масла в среднем может превысить температуру окружающего воздуха на 40° С.
Следовательно, наименьшая температура масла в трансформаторе —45° С, наибольшая 40° С + 40° С = 80° С (при нагрузке и максимальной температуре воздуха). Колебания температуры масла, таким образом, составляют 80° С — (—45° С) = 125° С. Изменение температуры сопровождается изменением объема масла в трансформаторе примерно на 9—10%.
Чтобы при любых температурах окружающего воздуха и любых нагрузках бак трансформатора был заполнен маслом, на трансформатор устанавливают расширитель. При повышении температуры и увеличении объема избыток масла по маслопроводу, соединяющему расширитель с баком, поступает в расширитель. При понижении температуры и уменьшении объема масло переходит из расширителя в бак.
Одновременно с этим расширитель играет и другую роль — защищает масло от чрезмерно быстрого старения. Объясняется это следующим образом. Масло в расширителе должно нормально сообщаться с атмосферой, чтобы при нагревании воздух из расширителя мог свободно выйти наружу. При соприкосновении с воздухом масло всегда окисляется и стареет, однако это происходит тем интенсивнее, чем больше поверхность (зеркало) масла и чем выше его температура.
При отсутствии расширителя уровень масла должен быть ниже уровня крышки; при этом с воздухом соприкасается по всей поверхности наиболее нагретое масло. В расширителе значительно меньше зеркало масла, ниже и температура масла, соприкасающегося с воздухом.
Для удлинения срока службы масла к расширителю пристраивают воздухоосушитель, который заполнен силикагелем и имеет устройство для очистки воздуха от механических примесей (масляный затвор). Воздух, засасываемый в расширитель при уменьшении объема масла, проходит через воздухоосушитель и при этом освобождается от влаги (в силикагеле) и механических примесей (в масляном затворе).
Расширитель снабжают отстойником (грязевиком) для собирания и удаления механических примесей в масле. Отстойник приваривается снизу расширителя и имеет пробку для спуска осадков. Чтобы осадки не попадали в бак, а оставались в отстойнике, маслопровод, идущий от бака, выступает внутрь расширителя на 20—25 мм.
Маслоуказатель (масломерное стекло), устанавливаемый на расширителе, позволяет проверять уровень масла при заливке трансформатора на заводе, а также контролировать его в процессе эксплуатации. В отечественных трансформаторах длительное время применялись маслоуказатели, сообщающиеся с расширителем только нижним концом. Такой маслоуказатель показан на рисунке 3. Верхний конец маслоуказателя сообщался непосредственно с окружающим воздухом.
Если «дыхание» трансформатора происходит через воздухоосушитель, маслоуказатель не должен сообщаться с окружающим воздухом помимо расширителя. Поэтому была разработана конструкция маслоуказателя, у которого верхний и нижний концы трубки соединены с расширителем (рисунок 4). Стеклянную трубку 10 уплотняют резиновыми шайбами 6 и 11 и нажимными втулками 7. При очистке или смене стекла отворачивают запорный винт 12, перекрывающий доступ масла из расширителя.
1 — стенка расширителя, 2 — труба, 3 — пластина, 4 — резиновая прокладка, 5 — колено, 6, 11 — шайбы, 7 — нажимная втулка, 8 — стальной хомут, 9 — стальная оправка, 10 — стеклянная трубка, 12 — запорный винт
Рисунок 4 - Маслоуказатель, сообщающийся только с расширителем
В трансформаторах I—II габаритов применяют маслоуказатели с плоским стеклом. В плоской стенке расширителя делают два отверстия диаметром по 4 мм. На стенку укладывают уплотнение и пластину из органического стекла (применяют и обычное утолщенное стекло), перекрывающие оба отверстия. При помощи приваренных к стенке шпилек стекло стальным фланцем прижимают к расширителю. В зазоре между стенкой и стеклом находится масло на том же уровне, что и в расширителе.
Конструкция такого маслоуказателя очень проста, однако надежное уплотнение стекла удается получить лишь при его сравнительно небольших размерах. Недостатком является и то, что уровень масла в плоском маслоуказателе можно видеть только в том случае, если стоять напротив торцевой стенки расширителя, сбоку уровень не виден. Замена стекла или уплотнения в таком маслоуказателе возможна лишь при освобожденном от масла расширителе.
