Сушка трансформаторов

Для восстановления диэлектрических свойств, нарушенных при увлажнении, электроизоляционные материалы трансформаторов подверга­ется подсушке или сушке, в зависимости от степени увлажнения.

Необходимость сушки трансформаторов, находящихся в монтаже или эксплуатации, а также прошедших ремонт, оценивается на основе из­мерения параметров изоляции, характеризующих ее диэлектрические свойства. Если измерения по оценке состояния изоляции, произведенные в соответствии с «Нормами испытания электрооборудования», показали повышенное увлажнение, то производится подсушка или сушка изоляции трансформаторов.

На заводах и ремонтных предприятиях сушка твердой изоляции осуществляется без масла. Температура осушаемой изоляции поддержи­вается близкой к максимально допустимой по условиям теплового ста­рения и не превышает 100…110 °С. При изготовлении на заводе и ремонте на крупных ремонтных предприятиях активная часть сушится в специальных сушильных шкафах при температуре 105…110 °С с оста­точным давлением воздуха не более 600... 700 Па. В условиях экс­плуатации сушка осуществляется обычно в собственном баке трансфор­матора. В зависимости от мощности и класса напряжения трансформа­тора сушка в собственном баке производится либо под вакуумом, либо при атмосферном давлении. Мощные силовые трансформаторы класса напряжения 220 кВ и выше, имеющие значительную массу изоляции, требуют обязательной вакуумной сушки. Трансформаторы напряжением 110 кВ и ниже с баками, не рассчитанными на полный вакуум, осушают­ся при остаточном давлении 40... 50 Па или без вакуума.

Контроль процесса сушки заключается в периодическом измерении температуры, изоляционных характеристик трансформатора и определе­нии количества конденсата, выделившегося при вакуумной сушке. Основным параметром, по которому судят о ходе сушки, является со­противление изоляции обмоток относительно корпуса и количество выделившегося конденсата при вакуумной сушке. Дополнительно конт­роль процесса сушки может производиться измерением и парамет­ра «емкость-время» ().

Окончание сушки определяется по кривой зависимости сопротивле­ния изоляции от времени . Кривая зависимости в начале нагрева активной части падает, затем по мере высыхания изоляции сопротивление растет и в конце сушки устанавливается. Сушка считается законченной, если при неизменной температуре сопро­тивление изоляции остается постоянным для трансформаторов до 35 кВ включительно в течение 6 часов, для трансформаторов напряжением 110 кВ и выше в течение 48 часов.

Качество и скорость сушки зависят от температуры осушаемого материала и остаточного давления в зоне сушки: чем выше темпера­тура и глубже вакуум, тем интенсивнее и до меньшего значения остаточного влагосодержания осушается изоляция.

На скорость сушки влияет не только температура, но и ее распре­деление в осушаемом материале. Если по толщине влажного электроизо­ляционного материала имеется перепад температуры, то под влиянием температурного градиента влага перемещается по направлению потока тепла. Это явление носит название термовлагодиффузии. Применение при сушке термовлагодиффузии интенсифицирует выход влаги. Благоприятное температурное поле для выхода влаги из изоляции обмоток создается при их нагреве за счет протекания по ним тока.

Сушка трансформатора в собственном баке можно выполнять горя­чим маслом с фильтрацией последнего горячим воздухом; током корот­кого замыкания, в частности по схеме однофазного короткого замыка­ния; потерями в баке (при помощи намагничивающей обмотки) и токами нулевой последовательности (ТНП). Последние два способа сушки получили наибольшее распространение.

При сушке трансформатора потерями в баке выемная часть сушится в своем баке без масла.

Нагрев трансформатора производится потерями в баке, для чего на бак трансформатора (при необходимости теплоизолированный асбес­том) наматывается однофазная или трехфазная намагничивающая обмот­ка, Если сушка трансформатора происходит в помещении, то теплоизо­ляцию бака обычно не производят.

Сушка трансформатора потерями в собственном баке удобна тем, что она может быть произведена на месте установки или ремонта трансформатора без его транспортировки, при наличии любого источ­ника низкого напряжения.

Недостатками этого способа является необходимость выполнения специальной намагничивающей обмотки и относительно большой расход электроэнергии на сушку.

При этом способе источник тепла является (потери в баке) внеш­ним по отношению к обмоткам, поэтому градиент температуры отрицате­лен и время сушки возрастает.

Воздушная подушка между баком и выемной частью сказывает небла­гоприятное воздействие при сушке: являясь теплоизоляцией, она способствует увеличению потерь мощности (тепла) в окружающую среду, и значительно замедляет разогрев выемной части, поэтому общее время сушки увеличивается.

Схема сушки трансформатора потерями в собственном баке приве­дена на рис. 28

Рисунок 28 - Схема сушки трансформатора потерями в собственном баке

Для получения более равномерного распределения температуры внутри бака намагничивающая обмотка наматывается на 40-60% высоты бака (снизу), причем витки в нижней части бака располагаются гуще, плотнее, что делается для более равномерного распределения индукции по высоте бака.

Сушка трансформатора потерями в собственном баке с помощью однофазной намагничивающей обмотки приводит к неравномерной нагрузке фаз питающей сети и может привести к искажению фазных напряжений питающей сети, при этом для сушки крупных трансформаторов требует­ся значительная мощность источника питания. Поэтому сушка трансформа­торов при малой мощности источника питания рекомендуется производить с помощью трехфазной намагничивающей обмотки.

Число витков однофазной обмотки определяется по формуле:

где – напряжение источника питания, В;

– коэффициент, определяется в зависимости от удельной мощности , определяется по таб.9.5;

– периметр бака, м.

Таблица 12.5 - Определение коэффициента

	0,5	0,75	1,00	1,25	1,5	1,75
	2,5	2,2	1,85	1,7	1,6	1,5

Удельная мощность , необходимая для сушки, выбирается в зависимости от температуры окружающей среды, качества утепления и размеров бака. Чем меньше размеры бака трансформатора и выше температура окружающей среды, тем меньше значение удельной мощности выбирается для расчетов. Для трансформаторов первого и второго габаритов выбирается равным 0,5 – 1 кВт/м².

Поверхность бака, на которой размещена обмотка:

где: – высота боковой поверхности бака, на которую наматывается обмотка, м.

Необходимая для сушки мощность:

Ток в обмотке

Коэффициент мощности выбирается равным 0,35… 0,7. Меньшее значение принимается для случаев укладки витков намагничивающей обмотки на бак с воздушным зазором, равным 20 – 40 см.

Сечение провода намагничивающей обмотки, мм²:

где: – допустимая плотность тока, принимаемая для медных проводов равной 3 – 6 А/мм².

Сушка трансформаторов токами нулевой последовательности отли­чается от сушки трансформаторов потерями в собственном баке тем, что вместо специальной, наружной, намагничивающей обмотки исполь­зуется одна из обмоток трансформатора, соединенная по схеме нуле­вой последовательности. Если обмотка трансформатора которую решено использовать в качестве намагничивающей, соединена «в звезду», то напряжение питания подводится к закороченным выводам фаз и нулевой точке обмотки (рис.29).

Рисунок 29 - Схема сушки трансформатора токами нулевой последовательности

Если же обмотка трансформатора соединена «в треугольник», то напряжение питания подводится в разрыв треугольника. Замкнутые контуры (треугольники) других обмоток должны быть при этом разом­кнуты.

Трансформаторы 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Y/Y₀ обычно имеют нулевую группу. В этом случае очень удобно использовать в качестве намагничивающей обмотку низшего напряжения трансформатора, как имеющую выведенную нулевую точку.

При сушке трансформаторов т.н.п. нагрев трансформатора проис­ходит за счет потерь в меди намагничивающей обмотки, потерь в стали магнитопровода и его конструктивных деталей и потерь в баке от действия потоков нулевой последовательности.

Сушка трансформаторов т.н.п. имеет определенные преимущества перед сушкой трансформаторов потерями в собственном баке.

Не требуется выполнения специальной намагничивающей обмотки, поэтому сокращается время подготовки трансформатора к сушке и отсутствуют затраты, связанные с намоткой обмотки.

Наличие внутреннего источника тепла в виде потерь в меди намаг­ничивающей обмотки и потерь в стали выемной части создает положи­тельный градиент температуры и ускоряет сушку трансформатора.

Наличие воздушной подушки между выемной частью и стенками бака оказывает благоприятное воздействие, уменьшая потери мощности в окружающую среду и ускоряя разогрев выемной части трансформатора до необходимой температуры.

Как показали исследования, распределение установившейся температуры по элементам выемной части трансформатора при сушке его ТНП оказывается благоприятным и не требует создания каких-либо дополнительных устройств.

Недостатком этого способа сушки является необходимость иметь источник нестандартных напряжений.

Для мощных трансформаторов, имеющих соединение обмоток «звезда» – «треугольник», требуется также произвести разрыв «треугольника» В этом случае питание может быть подведено к точкам разрыва или же необходим специальный вывод нулевой точки обмотки, соединенной «в звезду».

Мощность, напряжение и ток, необходимые при сушке ТНП определяются следующим способом.

Сопротивления нулевой последовательности могут быть определены по формулам, приведенным ниже.

Активное сопротивление, Ом

Индуктивное сопротивление, Ом

Ток нулевой последовательности при сушке

,

где – коэффициент, зависящий от условий сушки, для неутепленного бака К = 1, для утепленного – 0,7…0,8;

– номинальный ток возбуждения трансформатора, А;

– номинальная мощность осушаемого трансформатора, кВ∙А.

Ток в нейтральном проводе, измеряемый амперметром (см. рис 28)

Напряжение, проводимое к трансформатору при сушке ТНП, В

,

где – модуль полного сопротивления нулевой последовательности, Ом

Активная мощность сушки, Вт

Потери в обмотках при сушке ТНП

P_об1= 3I₀^2. 0,5r _k

Сушка по схеме однофазного короткого замыкания проводится в собственном баке трансформатора. Перед сушкой из бака сливается масло. На крышку бака устанавливается вытяжная труба длиной 1,5 м для вентиляции бака. Все отверстия на баке, кроме маслосливного, закрываются заглушками. На активной части проверяется затяжка резьбовых соединений ярмовых балок, образующих коротко замкнутые контуры для потоков нулевой последовательности. Активная часть опускается в бак,

Нагрев и сушка трансформаторов рассматриваемым в данной работе способом производится по схеме, приведенной на рис. 29. На обмотку ВН трансформатора, соединенную по схеме , подводится пониженное трехфазное напряжение, фазы другой обмотки со схемой поочеред­но через равные промежутки времени замыкаются накоротко. Нагревае­мый трансформатор работает в режиме однофазного короткого замыка­ния по схеме . При однофазном коротком замыкании по схеме токи, протекающие по обмоткам (рис.30) создают в каждой фазе намагничивающие силы , равные по величине и направлению.

Рисунок 30 - Схема сушки трансформатора однофазным коротким

замыканием

Потоки нулевой последовательности не могут замкнуться в трехстержневой магнитной системе и замыкаются поэтому через воздух и конструктивные элементы трансформатора, вызывая значительные потери мощности в остове и баке. Потери в обмотках, остове и баке можно полезно использовать для нагрева и сушки изоляции трансфор­маторов.

Значительную часть времени сушки занимает период нагрева до температуры сушки. Сокращение длительности нагрева приводит и к уменьшению общего времени сушки, снижению расхода электроэнергии. В начале форсируется процесс нагрева трансформатора путем повыше­ния тока в обмотках. Ток форсированного нагрева подбирается так, чтобы скорость нагрева обмоток не превышала 50°С/ч, как этого требует инструкция по эксплуатации трансформаторов типа ТМ. Эта скорость обеспечивается при повышении тока в форсированном режиме на 1,3...1,4 раза в сравнении с расчетным током сушки. Трансформа­торы мощностью до 1000 кВ∙А нагреваются повышенным током в течение 6 часов. За это время температура обмотки достигает 100...105 °С. По достижении этой температуры ток в обмотках понижается до расчет­ного значения (см. расчет параметров сушки).

При сушке по схеме однофазного к.з. в сравнении с сушкой ТНП снижается мощность, время сушки и расход электроэнергии. Это объ­ясняется тем, что большая часть тепла выделяется внутри обмотки. При сушке по схеме однофазного к.з. обе обмотки нагреваются за счет протекания по ним тока, а в схеме ТНП нагревается только одна обмотка, вторая нагревается за счет теплопередачи, вследствие чего увеличивается время нагрева и сушки этой обмотки.

Ток нулевой последовательности при сушке трансформаторов серии ТМ определяется выражением:

где: – постоянные коэффициенты, для напряжения 10 кВт. = 1530, = 482,61.

– коэффициент трансформации трансформатора.

Ток в замкнутой накоротко обмотке

Фазное напряжение, подводимое из сети при сушке

U=I₀ [(2r _k+r₀) ²+(2x _k+x₀) ²] ^0,5,

где: r _k, x _k – активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания трансформатора, Ом.

Активная мощность потребителя из сети при сушке

P=3I₀²(2,5r _k+ r ₀)

При сушке однофазного к.з.

P_об2=15I₀^{2 .} 0,5r _k

Дата добавления: 2014-01-05