Электропечные трансформаторы содержат те же конструктивные элементы, что и трансформаторы общего назначения, и требования, предъявляемые к приборам контроля уровня и температуры масла, защитным устройствам, устройствам заземления, приспособлениям для подъема и перемещения, арматуре, системе охлаждения, наружной окраске, устойчивости при транспортировании этих трансформаторов и агрегатов, такие же или аналогичные. Однако исходя из жестких режимов работы электропечных трансформаторов механической прочности их основных частей придается особое значение. Усилены детали, скрепляющие магнитную систему — ярмовые балки, стяжные и прессующие устройства; прессовка обмоток осуществляется массивными стальными кольцами и нажимными винтами; отводы крепят гетинаксовыми и текстолитовыми планками и болтами (шпильками) из нержавеющей стали.
Существенное отличие в конструкции относится к размещению обмоток на стержнях магнитной системы, компоновке в одном баке нескольких трансформаторов и реактора, когда электропечной трансформатор в этом случае является трансформаторным агрегатом. Например, для питания руднотермических печей применяют агрегаты, состоящие обычно из основного понижающего ЭПТ и регулировочного (вольтодобавочного) трансформатора.
Рис. 2. Компоновка и крепление остовов электропечного агрегата:
1 — остов ЭПТ, 2 — балки, скрепляющие остовы 1, 5 и 6; 3 — подъемная шпилька агрегата, 4 — крышка бака, 5— остов реактора, 6 — остов автотрансформатора
Рис, 3, Форма сечения стержней и ярм однофазных магнитных систем ЭПТ (в плане): а — бронестержневой с боковыми ярмами, б — со стержнями разного диаметра и боковым ярмом 5; 1, 3, 4 — стержни круглоступенчатой формы, 2 — боковое ярмо овальной формы, 5 — боковое ярмо прямоугольной формы
Остовы нескольких трансформаторов агрегата соединяют между собой опорными пластинами и общими балками, на которых установлены подъемные пластины, служащие для опускания в бак (и выемки) сразу всего агрегата. На рис. 2 показано крепление остовов агрегата, состоящего из трех единиц: основного остова 1 ЭПТ, остова 6 регулировочного автотрансформатора и остова 5 реактора устройства РПН.
Если масса активных частей агрегата превышает 25 т, то остовы не скрепляют между собой, а каждую активную часть устанавливают и закрепляют на дне бака отдельно.
В остовах электропечных трансформаторов, как и в трансформаторах общего назначения, применяют стержневые магнитные системы, а также в однофазных ЭПТ бронестержневые с боковыми ярмами, соединяющими концы стержня (рис. 3, а) и со стержнями разного диаметра и боковым ярмом прямоугольного сечения (рис. 3, б).
В электропечных трансформаторах, как и в трансформаторах общего назначения, магнитные системы собирают из отдельных пластин электротехнической стали в две или три пластины с прямым, косым или комбинированным стыком. Стяжку стержней выполняют стеклобандажами, ярм — полубандажами и внешними шпильками.
Обмотки ВН печных трансформаторов и автотрансформаторов (далее трансформаторов) подключают к сетям переменного тока классов напряжения от 0,5 до 220 кВ, частотой 50 Гц, а предназначенных для питания индукционных печей— 60 Гц.
Обмотки электропечных трансформаторов вследствие тяжелого режима работы, связанного с резкопеременными нагрузками и большими токами короткого замыкания должны обладать высокой механической прочностью и интенсивно охлаждаться.
Рис. 5. Пятиходовая винтовая регулировочная обмотка:
1 — бумажно-бакелитовый цилиндр, 2 — ход, 3 — прошивная рейка
Рис. 6. Чередующаяся обмотка ЭПТ:
1 — стержень остова, 2 — бумажно-бакелитовый цилиндр, 3 — катушки НН, 4 — катушки BH
Рис. 7. Непрерывная обмотка НН ЭПТ, скомплектованная из парных катушек:
а — вывод петель при намотке обмотки, б — параллельное присоединение парных катушек к сборным шинам
Обмотки ВН сухих ЭПТ мощностью до 630 кВ-А, класса напряжения 0,5 кВ, предназначенные для работы на спокойную нагрузку, изготовляют многослойными цилиндрическими, их наматывают проводом прямоугольного сечения на бумажно-бакелитовых или стеклотекстолитовых цилиндрах. В более мощных масляных ЭПТ классов напряжения 6—35 кВ применяют непрерывные и винтовые обмотки (одно- и многозаходные, дисковые, лереплетеные).
Одной из главных особенностей конструкции обмоток НН печных трансформаторов является малое количество витков (один, два, несколько) и большое их сечение. Винтовые обмотки в ЭПТ чаще применяют в качестве регулировочных (РО), одна из таких обмоток (пятиходовая) показана на рис. 5. В ней каждый ход является ступенью регулируемого напряжения. В ЭПТ ранних выпусков широко применялись чередующиеся обмотки.
Особенность их конструкции состоит в том, что обмотки высшего и низшего напряжения разбиваются на группы и, чередуясь, располагаются в осевом направлении стержня на одном изоляционном цилиндре (рис. 6). При такой конструкции обмотка НН состоит из отдельных дисков (катушек).
Если в электропечных трансформаторах низшего напряжения применяют обмотки непрерывной конструкции, их комплектуют из отдельных парных катушек. Для этого при намотке непрерывной обмотки в местах наружных переходов выводят петли (рис. 7, а), а после насадки обмоток на стержни петли разрезают и образовавшиеся концы катушек припаивают к сборным шинам (рис. 7, б).
В зависимости от схемы отводов к каждой паре шин параллельно подсоединяют определенное число катушек, при этом каждая пара шин содержит полное число электрических витков первичной обмотки. Соединяя между собой сборные шины последовательно, увеличивают напряжение пропорционально числу пар шин, при этом ток равен току одной пары шин; наоборот, при параллельном соединении сборных шин напряжение на стороне НН трансформатора равно напряжению одной пары шин, а ток увеличивается пропорционально числу пар шин. При токах, значение которых не позволяет применить схему с параллельным соединением парных катушек с одной парой сборных шин на фазу, парные катушки делят на две группы, из которых одну присоединяют к отводам (сборным шинам). Каждую группу отводов рассчитывают на половину фазного тока. Параллельное соединение групп каждой фазы и обмоток НН в этом случае производят вне трансформатора — на вводах трансформатора или установки, которую он питает.
Катушечные парные обмотки применяют, когда число витков в паре три и более, при одном-двух витках применяют листовые или шинные обмотки. Шинные обмотки устанавливают в сухих печных трансформаторах мощностью до 250 кВ-А и масляных мощностью 800—2500 кВ-А на стержень, листовые — в ЭПТ мощностью 4000 кВ-А и более на стержень остова.
Листовыми принято называть обмотки, изготовляемые по форме цилиндра из листовой меди (алюминия), обычно способом вальцовки, шинными — из шин. Соединив шинные витки (рис. 8, а) параллельно а1 с а2 и х1 с х2 получим один электрический виток, и результирующее напряжение обмотки будет равно напряжению витка ев. При последовательном соединении (а1 с х2 и а2 с Х1) витков результирующее напряжение удвоится. Соответственно в первом случае номинальный ток будет в два раза больше, чем во втором.
Рис. 8. Конструкция шинных и листовых обмоток:
а — отдельные витки шинной обмотки, б — четырехвитковая шинная обмотка в собранном виде, в — двухвитковая листовая обмотка
В однофазных печных трансформаторах, комбинируя последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединения витков, можно изменять ток и напряжение.
Между внутренним 2 и наружным 1 витками листовой обмотки (рис. 8, в) имеется канал, образованный вставленными между ними продольными рейками 3, изготовленными из гетинакса или текстолита и прикрепляемыми к ним изолированными латунными болтами и гайками. Концы листовой обмотки имеют отверстия для крепления к ним компенсаторов шинных отводов болтами из нержавеющей стали. Витки обмоток крепят латунными болтами и вставленными между ними гетинаксовыми и текстолитовыми планками, а в собранном трансформаторе — прессующим устройством. Скрепленную листовую обмотку погружают в пропиточный бак, покрывают лаком МЛ-92, а затем запекают в печи.
Обмотки ВН ЭПТ наматывают на жестких бумажно-бакелитовых или стеклотекстолитовых цилиндрах толщиной 6—12 мм и более. Прочность обмоток достигается установкой большого количества клиньев на остове и цилиндре — это уменьшает пролет между опорами и соответственно предохраняет обмотки от разрушения при воздействии радиальных сил. Кроме того, изоляционные детали изготовляют из малоусадочного картона, обмотки подвергают термовакуумной обработке по специальному тренировочному режиму с подпрессовкой в процессе сушки, пропитки их лаком и запеканием, наложением бандажей из стеклоленты и некоторые другие меры.
В электропечных трансформаторах, как и в силовых трансформаторах общего назначения, обмотки ВН и НН на стержнях располагают концентрически, однако с той разницей, что обмотки НН расположены снаружи. Это вызвано тем, что при больших токах, равных десяткам и сотням килоамлер при расположении их внутри (в обмотках ВН), конструкция отводов оказалась бы слишком сложной и операция присоединения и разводки большого количества массивных отводов оказалось бы весьма трудоемкой. Регулировочная обмотка в электропечном трансформаторе обычно размещается между стержнем остова и первичной обмоткой.
Вводы ВН, применяемые для ЭПТ, а если для ЭПТ, используемых для питания индукционных печей, то и вводы НН, у которых вторичные токи не превышают 2—2,5 кА, имеют ту же конструкцию, что и для трансформаторов общего назначения. Для уменьшения полей рассеяния вводы НН на крышке размещают попарно так, чтобы токи в них имели встречное направление. Их устанавливают на отдельной плите из немагнитного материала, которую крепят к крышке трансформатора, закрывая ею общее для вводов отверстие.
Рис. 9. Шинный ввод
Рис. 10. Установка скомплектованного шинного ввода на крышке ЭПТ
В электропечных трансформаторах с токами на вторичной стороне до 35 кА применяют шинные вводы, а с большими токами — трубчатые, охлаждаемые циркулирующей через них водой.
Шинный ввод (рис. 9) представляет собой медную прямоугольную шину 2 обычно толщиной 10 мм, припаянную к латунной обойме 1 с двумя стальными шпильками 3 для крепления к гетинаксовой (текстолитовой) плите, устанавливаемой на крышке трансформатора. Оба конца шины лудят, они имеют отверстия для крепления болтами отводов. После проверки качества пайки каждую шину с обоймой и резиновой прокладкой 7 вставляют в отверстие гетинаксовой или текстолитовой панели 4 (рис. 10) и крепят к ней гайками 3. Панель, укомплектованную шинными вводами на резиновой прокладке 5, крепят к фланцу 6 крышки 1 бака трансформатора; в панели имеется отверстие с винтом 2 для выпуска воздуха при заполнении трансформатора маслом. Количество устанавливаемых на панели вводов определяется номинальным вторичным током трансформатора.
Трубчатый ввод (рис. 11) состоит из медной трубы 2, обычно диаметром 50 мм, толщиной стенки 10 мм, изогнутой по указанной на рисунке форме, со штуцерами на концах для присоединения гибких наружных токопроводов (или с резьбой для жесткого крепления к короткой сети), медной пластины 5, приваренной к трубе и служащей для присоединения компенсаторов обмотки НН.
Рис. 11. Трубчатый водоохлаждаемый ввод ЭПТ
Для крепления ввода к гетинаксовой (или текстолитовой) панели 1 к трубе припаяны латунные втулки 4 с резьбой для навинчивания гаек. После проверки качества пайки и герметичности вводы (трубы) лудят, затем монтируют на панели в количестве, зависящем от вида электропечного трансформатора. Ввод притягивают к панели и уплотняют с помощью латунных гаек 6> специальных медных шайб 5, паронитовых 8 и кольцевых резиновых прокладок 7.
Рис. 12. Переключающее трехфазное устройство ПБВ ЭПТ
Панель с трубчатыми вводами крепят болтами к фланцу, приваренному к боковой стенке бака трансформатора.
Трубчатые вводы обычно применяют в электропечных трансформаторах с листовыми обмотками. Изменяя расход воды в трубах (от 0,1 до 0,2 м3/ч), можно довести нагрузку на каждый ввод до 16 кА, изменением количества труб можно обеспечить электропечь током в десятки и сотни тысяч ампер.
В электропечных трансформаторах мощностью до 12 500 кВ-А устанавливают переключающие устройства без возбуждения при большей мощности, а также меньшей, когда технологический режим электропечи не допускает перерыва работы, устройства с регулированием под нагрузкой (трехфазные и однофазные).
Устройства ПБВ электропечных трансформаторов имеют обозначения: П6-150/10; ПЛ-11-10/320; ПТЛ-11-10/630; НТ-4Х ХЗ-350-10; НТ-4ХЗ-625/10; НТ-5-625/10; НТ-8-625/10.
Буквы в обозначениях указывают: П — переключатель; Т — трехфазный; Л — ламельный (ножевой) контакт, цифры — число ступеней, класс напряжения и допускаемый ток нагрузки.
Эти устройства, за исключением П6-150/10, приводятся в действие с помощью редуктора и рукоятки или электродвигателем.
Переключающее устройство НТ-5-625/10 (рис. 12) состоит из трех гетинаксовых плит 2, закрепленных на стальной раме 1У установленных на плитах неподвижных контактов 4, бумажно-бакелитового вала (трубы) 5 с закрепленными на нем подвижными контактами 3. С помощью мальтийских и зубчатых передач, горизонтального бумажно-бакелитового и стального вертикального вала 7, с конической передачей в кожухе 6, связанного с приводным механизмом, приводится в действие вал с подвижными контактами, которые, соединяясь с неподвижными, включают в работу ту или другую ступень регулировочного ответвления обмотки.
Другие переключающие устройства имеют примерно аналогичные конструктивные элементы.
Переключающие устройства РПН, применяемые в электропечных трансформаторах, такие же, как у силовых трансформаторов общего назначения; они могут быть с реакторными или ре-зисторными токоограничивающими сопротивлениями.
Отводы ВН электропечных трансформаторов мало отличаются от отводов трансформаторов общего назначения, разница в основном в электрической и монтажной схемах.
Значительную особенность представляют отводы НН. Из-за больших токов ограничивается выбор длины отводов, которая зависит от их места размещения — на крышке или стенке бака. Если вводы находятся на крышке, то длина отводов увеличивается, а следовательно, возрастает их сопротивление, которое может стать соизмеримым с сопротивлением самих обмоток.
В результате этого увеличиваются потери в отводах, они сильно нагреваются, что вызывается дополнительными потерями от полей рассеяния, увеличиваются механические усилия между отводами.
Отводы НН размещают так, чтобы шины (провода), идущие от начала и концов обмоток, чередовались. Шины должны быть расположены ребром к стенке бака на расстоянии, не вызывающем его нагревания; между каждой парой шин, идущих от начала и конца обмотки, должно быть минимально возможное расстояние.
Отводы соединяют с обмотками и между собой в электропечных трансформаторах в зависимости от их сечения и вида методом электропайки, сварки, прессовки.
Листовые и шинные обмотки соединяют с отводами болтами из нержавеющей (диамагнитной) стали (разъемные соединения). Для надежности гальванического контакта соединяемые поверхности обмоток и отводов лудят. Под гайки и болты разъемных соединений устанавливают замковые пластины, предотвращающие ослабление креплений от вибрации в процессе работы трансформатора или навинчивают на болты (шпильки) контргайки.
Как и у трансформаторов общего назначения, отводы снабжены компенсаторами. Листовые обмотки соединяют е вводами, расположенными на стенке бака через компенсаторы, которые крепят болтами непосредственно к концам обмоток. Для придания отводам жесткости их крепят между собой и к ярмовым балкам деревянными, гетинаксовыми или текстолитовыми планками и стальными, а в зоне активной части — болтами из нержавеющей стали.
В электропечных трансформаторах, имеющих значительную вибрацию при работе, самоотвинчивание болтов предотвращают специальными замковыми шайбами, подкладываемыми под головки болтов и под гайки, крепящие деревянные планки. После сушки активной части в процессе ее отделки и затяжки болтов заусенцы замковых шайб врезаются в планки, а на гайках их загибают.
Шинные отводы НН крепят попарно или пакетами, состоящими из нескольких пар шин. Каждую пару или пакет шин скрепляют шпильками из нержавеющей стали, расположенными с двух сторон шин на расстоянии 5—10 мм от них; шпильки от шин изолируют бумажно-бакелитовыми трубками и деталями, изготовленными из гетинакса или текстолита (рис. 13, а, б).
Рис. 13. Крепление и присоединение шинных отводов НН к вводам ЭПТ:
а — крепление парных шин между собой, б — подсоединение шинных пакетов к вводам; 1 — шины, 2 — гетинаксовая планка, 3 — гайка, 4 — стальная шпилька, 5 — стальная шайба, 6 — электроизоляционная трубка, 7 — промежуточная гетинаксовая планка, 8 — пакеты, 9 — компенсатор, 10 — крышка
Конструкция и способы крепления отводов ВН электропечных трансформаторов такие же, как и у силовых трансформаторов общего назначения.
