Элементы конструкции силовых трансформаторов

Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных эле­ментов, основными из которых являются:

Рис. 2.28. Способы заземления нейтралей трансформаторов и автотрансформаторов:

а —у трансформаторов 110 — 220 кВ без РПН; б —у трансформаторов 330 — 750 кВ без РПН; в —у трансформаторов ПО кВ с встроенным РПН; г —у автотрансформаторов; д — у трансформаторов 150 — 220 кВ с РПН; е — у трансформаторов 330 — 500 кВ с РПН

магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающее устройство, меха­низм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка.

В магнитной системе проходит магнитный поток трансформа­тора (отсюда название «магнитопровод»). Магнитопровод является кон­структивной и механической основой трансформатора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от дру­га. Качество электротехнической стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

В течение многих лет применялась горячекатаная сталь ЭЧ1, ЭЧ2 с толщиной листов 0,5 — 0,35 мм, допускающая индукцию 1,4—1,45 Тл, с удельными потерями 2,5 — 3,5 Вт/кг. В настоящее время применяется холоднокатаная текстурованная сталь марок 3405, 3406, т. е. сталь с оп­ределенной ориентировкой зерен, допускающая индукцию до 1,7 Тл, с удельными потерями 0,9 — 1,1 Вт/кг. Применение такой стали позволило значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большей допусти­мой магнитной индукции, уменьшить диаметр витков обмотки, уменьшить массу и габариты трансформаторов. Масса трансформаторов на единицу мощности в 1930 г. достигала 3,33 т/(МВ-А), а в настоящее время 0,74 т/(МВ-А).

Уменьшение удельных потерь в стали, тщательная сборка магнитопро­вода, применение бесшпилечных конструкций, соединение стержней с яр­мом с помощью косой шихтовки позволяют уменьшить потери холостого хода и ток намагничивания трансформатора. В современных мощных трансформаторах ток намагничивания составляет 0,5 — 0,6% I_H0M, тогда как в трансформаторе с горячекатаной сталью ток достигал 3%; потери холо­стого хода уменьшились вдвое.

Листы трансформаторной стали должны быть тщательно изолированы друг от друга. Первоначально применялась бумажная изоляция — листы оклеивались с одной стороны тонким слоем специальной бумаги. Бумага создает полную электрическую изоляцию между листами, но легко повре­ждается при сборке и увеличивает размеры магнитопровода. Широко при­меняется изоляция листов лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Лаковая плен­ка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке. Последнее время все шире приме­няется двустороннее жаростойкое покрытие листов стали, наносимое на металлургическом заводе после проката. Толщина покрытия меньше 0,01 мм, что обеспечивает лучшие свойства магнитной системы. Стяжка стержней осуществляется стеклобандажами, ярм — стальными полубанда­жами или бандажами.

Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов транс­форматора. На остове устанавливают обмотки и крепят проводники, со­единяющие обмотки с вводами, составляя активную часть.

Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки НН и ВН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рис. 2.29, а). Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в ви­де невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рис. 2.29, б). В такой обмотке значительное число паек, она менее компактна и применяется для специальных электропечных трансформаторов или для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной электриче­ской и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от нее

должна без повреждений выдерживать, коммутационные и атмосферные перенапряжения напряжения. Обмотки должны выдержи­вать электродинамические усилия, кото­рые появляются при протекании токов КЗ. Необходимо предусмотреть надеж­ную систему охлаждения обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изо­ляции.

Для проводников обмотки исполь­зуются медь и алюминий. Как извест­но, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспе­чило широкое применение меди для обмоток трансформаторов.

Рис. 2.29. Обмотки трансформатора:

а - концентрическая; б - чередующаяся

Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным сопротивлением требует новой технологии выполнения обмоток. В настоящее время трансформаторы с алюминиевой обмоткой изготовляются на мощ­ность до 6300 кВА.

В современных трансформаторах для обмотки применяется транспони­рованный провод, в котором отдельные проводники в параллельном пучке периодически изменяют свое положение. Это выравнивает сопротивление элементарных проводников, увеличивает механическую прочность, умень­шает толщину изоляции и размеры магнитопровода.

Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надеж­ностью его изоляции. В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в со­четании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция).

Значительный эффект дает применение изоляции из специально обрабо­танной бумаги (стабилизированной), которая менее гигроскопична, имеет более высокую электрическую прочность и допускает большой нагрев. В сухцх трансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

Активную часть трансформатора вместе с отводами и переключаю­щими устройствами для регулирования напряжения помещают в бак. Основные части бака — стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства — радиаторы.

В трансформаторах небольшой мощности бак выполняется с верхним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку трансформатора, а за­тем поднять активную часть из бака.

Если масса активной части более 25 т, то она устанавливается на дон­ную часть бака, а затем накрывается колоколообразной верхней частью бака и заливается маслом. Такие трансформаторы с нижним разъемом не.нуждаются в тяжелых грузоподъемных устройствах для выемки активной части, так как при ремонтах после слива масла поднимается верхняя часть бака, открывая доступ к обмоткам и магнитопроводу.

Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экрани­руются с внутренней стороны пакетами из электротехнической стали или пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндриче­ский сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для умень­шения площади соприкосновения масла с воздухом. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлажде­нии приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него. Масло очень гигро­скопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные

/ — бак; 2 — шкаф автоматического управления дутьем; 3 — термосифонный фильтр; 4 — ввод ВН; 5 — ввод НН; б — ввод СН; 7 — установка трансформаторов тока 110 кВ; 8 — установка трансформаторов тока 35 кВ; 9 — ввод 0 ВН; 10 - ввод 0 СН; // — расширитель; 12 — маслоуказатель стрелочный; 13 - клапан предохранительный; 14 — привод регулятора напряжения; 15 — электродвигатель системы охлаждения; 16 — радиатор; 17 — каретка с кат­ками

свойства. Для предотвращения этого расширитель связан с окружающей сре­дой через силикагелевый воздухоосушитель. Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колебаниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воз­духа в расширителе повышается. Для предотвращения этого применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом), посту­пающим из специальных эластичных емкостей. Возможно применение спе­циальной пленки — мембраны на границе масло — воздух. Осушение воз­духа в расширителе осуществляют термовымораживателями.

Дата добавления: 2014-01-07