Краткие сведения о трансформаторах разных типов
А. Трансформаторы тока.
Первичная обмотка трансформатора тока состоит из одного или небольшого числа витков относительно большого сечения и включается последовательно в цепь.
Обмоточная медь имеет стеклянную или асбестовую изоляцию на специальном лаке, выдерживающем длительно 160° С. Каждая обмотка в отдельности пропитывается нагревостойким лаком и запекается при высокой температуре; кроме того, пропитке и запеканию подвергается вся выемная часть трансформатора. Допускается средний по сопротивлению перегрев обмотки на 80° С и температура наиболее нагретой точки обмотки 140—155° С при температуре окружающего воздуха 40° С.
Третье возможное решение вопроса о пожаро- и взрывобезопасном трансформаторе — трансформаторы с заполнением бака поверх масла инертным газом при обычном давлении. Исследования показали, что для предохранения масла и изоляции трансформатора от окисления под действием кислорода, содержащегося в масле в растворенном виде, достаточно применять азот. После соответствующей обработки содержание кислорода в масле падает до нескольких долей процента, а в эксплуатационных условиях, при наличии достаточно надежных уплотнений и влаго- и кислородопоглощающих фильтров, не превышает 1%. Но снижение содержания кислорода до 3% уже делает эти трансформаторы пожаро- и взрывобезопасными, хотя они и нуждаются в наблюдении и уходе.
Дальнейшим развитием этого типа трансформатора являются трансформаторы со сжатым газом, т. е. такие, баки которых заполнены только газом под некоторым давлением. В качестве газа рекомендуется брать азот или углекислоту под давлением до 40 ат. Основное преимущество таких трансформаторов состоит в том, что их можно выполнить на температуры, значительно превышающие обычные температуры сердечника и обмотки (300—325° С для первого и 200° С для второй) при использовании высоконагревостойких изоляционных материалов. В этом случае размеры трансформатора уменьшаются до 75%, особенно при повышенной частоте порядка 600—1200 Гц.
Рис. 23-20 Схема трансформатора тока
Б. Трансформаторы напряжения.
Условия работы трансформаторов напряжения соответствуют работе трансформаторов в режиме холостого хода. Номинальные вторичные напряжения трансформаторов напряжения по ГОСТ должны быть равны 100,
или 100/3 в.
Чтобы допускаемая погрешность трансформатора не выходила за определенные пределы, намагничивающий ток трансформатора должен быть ограничен. Для этого трансформатор выполняют из стали высокого качества, относительно слабо насыщенной (В<0,6-0,8 тл). По величине допускаемой погрешности трансформаторы напряжения делятся на четыре класса точности — 0,2; 0,5; 1 и 3 и выполняются как в виде однофазных трансформаторов на номинальные мощности до 1000 в-а. так и в виде трехфазных трансформаторов на мощности до нескольких киловольт-ампер.
Конструкция трансформаторов напряжения, изготовляемых МТЗ, подверглась коренной переработке. В новой конструкции применены броневые магнитопроводы и концентрические слоевые обмотки из эмалированного провода. В результате удалось добиться значительного уменьшения массы и габаритов: так, например, полная масса однофазного масляного трансформатора напряжения на 6 кВ снижена с 38,8 до 23 кг. т. е. на 40,5%; того же трансформатора на 35 кВ — с 385 до 230 кг, т. е. на 40%.
Рис. 23-21. Трансформатор с намотанным сердечником
В. Трансформаторы с намотанным сердечником.
На рис. 23-21 показан броневой трансформатор с намотанным из холоднокатаной стали сердечником. Такие трансформаторы дают экономию материалов в размере 15—20% благодаря отсутствию или значительному уменьшении воздушных зазоров и предельному уменьшению отходов стали. Трансформаторы с намотанным сердечником изготовляются на мощности до 500 кВ*А только в однофазном исполнении, так как трехфазное исполнение представляет большие конструктивные трудности.
Г. Трансформаторы пожаро- и взрывобезопасные.
Обычное трансформаторное масло горюче, а его пары в смеси с воздухом могут образовать взрывчатые смеси. Поэтому возникла потребность в трансформаторах пожаро- и взрывобезопасных.
Вопрос допускает несколько решений. Одним из них является заполнение бака негорючим и невзрывающимся маслом. В 1935 г. в ВЭИ был разработан жидкий негорючий диэлектрик с о в о л. а несколько позже — менее вязкий с о в т о л. В 1938 г. МТЗ изготовил опытный образец совтолового трансформатора. К сожалению, присущие совтолу недостатки (см. § 12-5 п. Д) мешают его широкому применению.
Второе возможное решение того же вопроса — сухой трансформатор. Отсутствие масла и масляного хозяйства составляет его ценное преимущество, но условия охлаждения и изоляции тяжелее, чем в масляном. Достигнуты большие успехи по созданию экономичных сухих трансформаторов в результате применения холоднокатаной стали.
Ясно, что максимально допустимая кратковременная нагрузка зависит от коэффициента заполнения графика нагрузки за определенный промежуток времени и, в частности, суточного графика нагрузки.
Из изложенных соображений вытекает, что для разумной эксплуатации трансформатора недостаточно исходить лишь из режима номинальной мощности, а необходимо рассматривать и нагрузочную способность. Важнейшим критерием в этом случае является срок службы трансформатора, а не превышение температур при определенной заданной нагрузке.
Нагрузочной способностью трансформатора является та максимальная нагрузка, которую трансформатор без ущерба для своего срока службы может длительно нести в данных режимах эксплуатации, определяемых графиком потребления и условиями охлаждения среды.
Трансформатор с масляным естественным или форсированным охлаждением, установленный на открытом воздухе в местности, где температура окружающего воздуха изменяется от +5 до +35° С, может круглосуточно работать при указанной на щитке номинальной нагрузке. При этом обеспечивается нормальный срок службы трансформатора (порядка 20 лет), ограничиваемый, как указывалось выше, допустимым износом изоляции его обмоток.
В обычных условиях эксплуатации нагрузка трансформатора не является постоянной и изменяется в течение суток и в зависимости от времени года.
Если максимум изменяющейся нагрузки равен номинальной мощности в киловольт-амперах, то нагрузочная способность трансформатора используется недостаточно. Нагрузочная способность используется тем полнее, чем больше максимум изменяющейся нагрузки по сравнению с номинальной мощностью.
При максимальном использовании нагрузочной способности трансформатора износ изоляции будет составлять около 80% от естественного износа, имеющего место при непрерывной неизменной номинальной нагрузке. При постоянной суточной нагрузке, равной 100%, этому соответствует максимальный допустимый ток, равный 0,975 Iн.
Таким образом, не только сохраняется нормальный срок службы трансформатора, но и остается достаточный запас на аварийные перегрузки.
Коэффициент заполнения суточного графика нагрузки есть отношение площади графика нагрузки к площади прямоугольника, сторонами которого является абсцисса Т=24 ч и ордината Iмакc — максимум графика:
т. е. отношение среднесуточной нагрузки к максимальной.
Если среднегодовая температура воздуха в месте установки трансформатора отлична от +5° С, то указанная на его щитке номинальная мощность Рн должна быть пересчитана по формуле
(24-3)
Нагрузка трансформатора летом, как правило, значительно ниже нагрузки в зимние месяцы и ниже номинальной нагрузки; износ изоляции в летний период, следовательно, меньше естественного. Это позволяет в зимние месяцы без ущерба для нормального срока службы трансформатора увеличить отношение максимума нагрузки к номинальной (или пересчитанной).
Если за период с июня по август максимальная нагрузка на р% ниже Рн (или Рн), то в течение декабря — марта максимум нагрузки может быть увеличен на те же р% от Рн (или Рн), но не более чем на 15%.
В трансформаторе, предназначенном для работы в жарком климате, получаются другие условия работы по отношению к номинальной мощности, т. е. более тяжелые. Наоборот, при эксплуатации в холодном климате средняя годовая температура будет меньше, что должно благоприятно отразиться на средней годовой температуре трансформатора и его нагрузочной способности.
При расчетах нагрузочной способности Трансформаторов с дутьевым охлаждением следует принимать во внимание, что нагрузка при выключенном дутье эквивалентна нагрузке с включенным дутьем, увеличенной на 30% от номинальной.
