Масляный трансформатор

Масляный трансформатор состоит из балок магнитопровода 2 и 5 и обмоток 3, жестко закрепленных на нем. Для защиты от воздействий окружающей среды они помещены в стальной бак /, герметично закрывающийся крышкой 11. Сквозь крышку с помощью проходных изоляторов (выводов) 13 и 14 цепи обмоток ВН выведены наружу. Над крышкой расположен расширитель 16, сообщающийся через трубопровод с баком. В разрез соединительного трубопровода установлено газовое реле 18. Непосредственно из бака наружу через крышку выведена выхлопная труба 15, нормально закрытая мембраной и предназначенная для аварийных выбросов газов и масла наружу. На крышке смонтирована рукоятка, соединенная с переключателем напряжения 9, расположенным под крышкой, и валом, проходящим сквозь крышку в сальниковом уплотнении. Контакты переключателя могут быть электрически соединены о теми или иными регулировочными отводами 4 обмоток высокого напряжения 3. Крышка сквозными подъемными шпильками соединена с магнитопроводом, нижняя балка которого установлена на дне бака. Наружная резьбовая часть подъемных шпилек 10 предназначена для навертывания съемных грузовых колец (рымов) 12.

При работе трансформатор нагревается, так как в проводниках обмоток и в стали магнитопровода происходит потеря энергии. Для интенсивного удаления избытка тепла внутренний объем бака заполняется специальным минеральным маслом. При этом часть масла за счет невольного уклона крышки в противоположную сторону находится в расширителе, исключая возникновение воздушных пузырей под крышкой.

Устройство трансформаторов усложняется по мере роста их мощности. Так, при мощности до 25 кВ • А баки выполняются гладкими, при мощности 63... 1600 кВ • А они оборудуются одним, двумя или тремя рядами охладительных труб, а при более высоких мощностях в них устанавливаются радиаторы и т. д.

Рассмотрим отдельные части масляных трансформаторов.

Основой конструкции трансформатора служит активная часть, состоящая из магнитопровода 4 с расположенными на нем обмотками н изкого напряжения 3 и высокого напряжения 2, отводов и переключающего устройства. Магнитопровод, набранный из отдельных тонких листов специальной трансформаторной стали, изолированных друг от друга покрытием, состоит из вертикальных стержней, соединенных верхним и нижним ярмом. Такая конструкция способствует уменьшению потерь от вихревых токов и потерь на нагрев от перемагничивания (гистерезис).

Обмотки трансформаторов изготавливают из алюминиевых или медных проводов с прямоугольным или, реже, круглым сечением. В особых случаях применяют проводники с усиленной или теплостойкой изоляцией. Проводники большого диаметра обычно заменяют несколькими проводниками меньшего диаметра, соединенными параллельно. Это увеличивает их гибкость и снижает потери от вихревых токов.

На стержнях сердечников обмотки обычно располагают концентрически: сначала на стержни надевают катушки с обмотками НН, а поверх них устанавливают катушки с обмотками ВН. Такое расположение обмоток снижает перепады потенциалов между элементами активной части трансформатора и позволяет упростить конструкцию изоляции и уменьшить ее толщину.

Для увеличения механической прочности активной части и повышения динамической устойчивости обмоток к сквозным токам коротких замыканий в промежутки между стержнями магнитопровода и катушками НН, а также между катушками ВН и НН забивают деревянные клинья.

Широко распространены трансформаторы с цилиндрическими и непрерывными обмотками.

Соединительные провода, идущие от концов обмоток и их ответвлений и предназначенные для регулирования напряжения, называют отводами. Их изготавливают из неизолированных медных проводов или проводов, изолированных кабельной бумагой либо гетинаксовой трубкой.

Гетинакс — слоистый материал, в котором наполнителем являются листы пропитанной лаком бумаги толщиной 0,1...0,12 мм.

Процесс производства гетинакса заключается в пропитке бумаги бакелитовыми лаками и разрезании ее на листы определенных размеров, которые после сушки собирают в пакеты определенной массы и толщины, прессуют между нагретыми до 160 "С стальными плитами гидравлического пресса и охлаждают. При таком прессовании расплавленная смола склеивает пропитанные листы бумаги и переходит в неплавкое состояние.

Гетинакс обладает повышенной механической прочностью и применяется при температуре не выше 105 °С.

Переключающие устройства обмоток трансформатора служат для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах, а также для поддержания номинального напряжения на зажимах вторичной обмотки при изменении напряжения на первичной.

С этой целью обмотки ВН трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями, которые подсоединяют к переключателям.

Необходимость регулировки напряжения вызвана тем, что в энергосистемах возможны различные отклонения от нормального режима электроснабжения, которые приводят к неэкономичной работе приемников, преждевременному износу и сокращению сроков их службы.

В трансформаторах могут быть два вида переключений ответвлений: под нагрузкой (РПН — регулирование под нагрузкой) и без нагрузки после отключения трансформаторов от сети (ПБВ — переключение без возбуждения). С помощью ПБВ и РПМ можно поддерживать напряжение во вторичных обмотках трансформаторов близким к номинальному.

Переключение осуществляется за счет изменения числа витков с помощью регулировочных ответвлений обмоток, т. е. изменения коэффициента трансформации, который показывает, во сколько раз напряжение обмотки ВН больше напряжения обмотки НН или во сколько раз число витков обмотки ВН больше числа витков обмотки НН.

Устройство РПН состоит из переключателя ответвлений, контакторной группы, токоограничительного элемента, привода и вспомогательной аппаратуры (автоматики, сигнализации и др.). Переключения осуществляются без обрыва цепи тока. Переключатель ответвлений переводится в новое положение при отсутствии тока в его цепи.

Контакторы служат для коммутации цепей с токами и оборудуются устройствами гашения электрических дуг. Токоограничительные элементы (дроссель, резистор) предназначены для ограничения токов в момент короткого замыкания регулировочной ступени обмотки при безобрывном переключении. Цикл РПН с использованием дросселя протекает в течение нескольких секунд. Быстродействующее устройство РПН с резисторами срабатывает за доли секунды, кроме того, оно имеет малые габариты и простую компоновку в трансформаторе, но изготавливается оно из высококачественных материалов с высоким классом точности.

Активная часть трансформатора погружается в бак, представляющий собой стальной резервуар овальной формы, заполненный трансформаторным маслом.

Трансформаторное масло относится к группе жидких диэлектриков, основное назначение которых — отвод теплоты от нагревающихся внутренних частей электрооборудования, гашение электрической дуги в масляных выключателях, усиление электрической прочности твердой изоляции и герметизация электрических аппаратов.

Масло должно отвечать ряду требований: электрическая прочность (минимальное пробивное напряжение) при 20 °С и частоте тока 50 Гц должна быть не ниже 15 кВ; кислотное число — не более 0,05 мг на 1 г масла; температура вспышки паров — не ниже +135 °С; температура застывания — не выше -35 °С; зольность — не более 0,005 %.

Трансформаторное масло не должно содержать водорастворимых кислот, щелочей и механических примесей.

Масло, являясь охлаждающей средой, отводит тепло, выделяющееся в обмотках и магнитопроводе, и отдает его в окружающую среду через стенки и крышку бака, кроме того, оно повышает степень изоляции между токоведущими частями и заземленным баком.

Для увеличения поверхности охлаждения трансформатора баки изготавливают ребристыми, вваривают в них трубы или снабжают съемными радиаторами. Только у трансформаторов мощностью до 25 кВ • А стенки бака гладкие. Радиаторы присоединяются к стенкам баков патрубками со специальными радиаторными кранами. У верхнего торца к стенкам бака приваривают раму из угловой или полосовой стали, к которой крепят крышку на прокладках из маслоупорной резины.

В нижней части бака у трансформаторов любого типа имеется кран для взятия пробы и слива масла, а в днище трансформаторов мощностью выше 100 кВ • А — пробка для спуска осадков после слива масла через кран. Через второй кран, установленный на крышке бака, в него заливают масло. Оба крана одновременно служат для присоединения к ним маслоочистительных аппаратов. Ко дну бака трансформаторов массой выше 800 кг приваривают тележку с поворотными катками. Конструкция катков позволяет изменять направление передвижения трансформаторов. Для подъема трансформатора на баке имеется четыре кольца (рыма). Активная часть поднимается за скобы в верхних консолях магнитопровода.

На крышке бака размещаются вводы, расширитель и защитные устройства (выхлопная предохранительная труба, реле давления, газовое реле, пробивной предохранитель). К стенкам бака приваривают подъемные крюки, прикрепляют манометрический сигнализатор (у трансформаторов мощностью свыше 1000 кВ-А) и устанавливают фильтры.

Вводы представляют собой фарфоровые проходные изоляторы, через которые обмотки трансформатора присоединяются к электрическим сетям.

Фарфор относится к электрокерамическим материалам. Из него изготавливают изоляторы для высокого и низкого напряжений.

Исходная электрофарфоровая масса состоит из глинистых веществ (42...50%), кварца (20...25%), калиевого полевого шпата (22...30%) и измельченных бракованных фарфоровых изделий (5... 8 %). При изготовлении изоляторов в измельченные компоненты вводят 20...22% воды, после чего тестообразную фарфоровую массу подвергают вакуумной обработке с целью извлечения из нее воздушных включений. Монолитный цилиндр, полученный в вакуум-прессе, на выходе из мундштука разрезается на заготовки, из которых изготавливают (оформляют) изоляторы различного типа.

Покрытие фарфоровых изделий жидкой глазурной суспензией (глазурью), отличающейся большим содержанием стеклообразующих компонентов, обеспечивает повышение механической прочности изоляторов и устойчивость их к влаге и атмосферным загрязнениям.

Большинство трансформаторов оборудовано расширителями, обеспечивающими постоянное заполнение бака маслом и уменьшение поверхности соприкосновения масла с воздухом, а следовательно, защищающими масло от увлажнения и окисления.

У расширителя есть отверстие для всасывания и вытеснения воздуха при изменении уровня содержащегося в нем масла (дыхательная пробка). Он имеет цилиндрическую форму и закрепляется на кронштейне, установленном на крышке 6 трансформатора.

Расширитель сообщается с баком трансформатора через трубу, которая не выступает ниже внутренней поверхности крышки трансформатора и заканчивается внутри расширителя выше его дна во избежание попадания осадков масла в бак /. Внутренняя поверхность расширителя имеет покрытие, служащее для защиты его от коррозии и предохранения масла от соприкосновения с металлической поверхностью. В нижней части расширителя имеется отверстие для слива масла с пробкой.

Объем расширителя определяется из расчета, что уровень масла должен оставаться в его пределах как летом при температуре +35 °С и полной нагрузке трансформатора, так и зимой при минимальной температуре масла и отключенном трансформаторе. Обычно объем расширителя составляет 11... 12 % от объема масла в баке трансформатора. Для наблюдения за уровнем масла на боковой стенке расширителя имеется маслоуказатель 2, выполненный в виде стеклянной трубки в металлической оправе.

В герметичных масляных трансформаторах и трансформаторах с жидким негорючим диэлектриком защита поверхности масла осуществляется сухим азотом, а в трансформаторах, заполненных со-втолом-10, — сухим воздухом. Негерметичные масляные трансформаторы мощностью от 160 кВ • А, в которых масло в расширителе соприкасается с окружающим воздухом, имеют термосифонный или адсорбционный фильтр. А трансформаторы мощностью от 1 МВ-А с естественным масляным охлаждением и азотной подушкой — термосифонный фильтр (кроме трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком).

Масляные трансформаторы мощностью от 1 МВ-А с расширителем снабжаются защитным устройством, предупреждающим повреждение бака при внезапном повышении внутреннего давления более 50 кПа. К защитным устройствам относятся выхлопная труба со стеклянной диафрагмой и реле давления, которые работают следующим образом.

Нижний конец выхлопной трубы соединяется с крышкой бака, а на верхний ее конец устанавливается тонкая стеклянная мембрана (2,5...4 мм) диаметром 150, 200 или 250 мм, которая, разрушаясъ при определенном давлении, выпускает газ и масло наружу, не допуская деформации бака. Основными элементами реле давления, размещаемого на внутренней стороне крышки трансформатора, являются ударный механизм и стеклянная диафрагма. При достижении определенного давления в баке ударный механизм срабатывает, разбивает диафрагму и обеспечивает тем самым свободный выход газам.

В масляных трансформаторах и трансформаторах с жидким диэлектриком и азотной подушкой без расширителя реле атмосферного давления срабатывает при повышении внутреннего давления более 75 кПа.

При коротком замыкании в трансформаторе процесс газообразования протекает интенсивно, под действием газов масло выбрасывается в сторону расширителя, оба поплавка опрокидываются, и трансформатор мгновенно отключается.

Пробивные предохранители служат для защиты от пробоя обмоток ВН на обмотки НН. Устанавливают их на крышке бака и подсоединяют к нулевому вводу НН, а при напряжении 690 В — к линейному вводу.

При пробое изоляции между обмотками ВН и НН промежуток между контактами, в котором проложены тонкие слюдяные пластины с отверстиями, пробивается, и вторичная обмотка оказывается соединенной с землей.

Для заземления трансформаторов служит специальный заземляющий контакт с резьбой (не менее М12), расположенный в доступном месте нижней части бака со стороны обмотки Н Н и обозначенный четкой несмывающейся надписью «Земля» или знаком заземления. Поверхность заземляющего контакта должна быть гладкой и зачищенной; заземление осуществляется подсоединением стальной шины с сечением не менее 40 х 4 мм.

Температура обмоток трансформаторов не должна превышать 160 °С. Так как измерить непосредственно температуру обмоток весьма сложно, обычно измеряют температуру масла в баке, которая зависит от нагрузки трансформатора и температуры окружающей среды.

По нормам максимальная температура верхних слоев масла не должна превышать 95 °С, но практически она даже в жаркие дни не превышает 70 °С, однако при одной и той же нагрузке температура масла летом выше, чем зимой.

Для измерения температуры масла на трансформаторах устанавливаются ртутные термометры со шкалой от 0 до 150 "С или термометрические сигнализаторы (ТС) со шкалой от 0 до 100°С. Последние снабжены двумя передвижными контактами, которые можно устанавливать на любую температуру в пределах шкалы. Первый контакт, включенный в сигнальную цепь, при определенной температуре масла подает сигнал, а в случае дальнейшего ее повышения второй контакт, соединенный с реле, отключает трансформатор. На трансформаторах мощностью от 6300 кВ А устанавливаются термометры сопротивления.