Содержание:
стр.
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………...3
1. Основные понятия
трансформаторов……………………..4
1.1 Применение трансформаторов………………………………………..4
1.2 Основные режимы
работы трансформаторов………………………...
8
1.3. Требуемые предъявления
к работе трансформатора………………....11
2. Устройство трансформатора…………………………………14
2.1 Остов и магнитная
система трансформаторов………………..………14
2.3 Переключающие устройства…………………………………………...18
2.4 Отводы…………………………………………………………………...20
2.5 Вводы………………………………………………………….…………21
2.6 Изоляция трансформаторов…………………………………………….22
2.7 Бак, охладители, расширитель,
термосифонный фильтр и др. вспомогательные
устройства трансформаторов…………………….……..23
2.8 Защитные и контрольно-измерительные
устройства…………………25
3. Расчет трансформатора…………………………………………26
Заключение………………………………………………………………35
Список литературы……………………………………………………36
Введение
Производство
электрической энергии на крупных
электростанциях с генераторами
большой единичной мощности, размещаемых
вблизи расположения топливных
и гидравлических энергоресурсов,
позволяет получать в этих
районах необходимые количества
электрической энергии при относительно
невысокой ее стоимости. Использование
дешевой электрической энергии
потребителями, которые находятся
на значительном расстоянии, иногда
измеряемом сотнями и тысячами
километров, и рассредоточены по
обширной территории страны, требует
создания сложных разветвленных
электрических сетей. Силовой
трансформатор является одним
из важнейших элементов электрической
сети. Передача электрической энергии
на большие расстояния от места
ее производства до места потребления
требует в современных сетях
не менее чем шестикратной
трансформации в повышающих и
понижающих трансформаторах. Необходимость
распределения энергии между
многими мелкими потребителями
приводит к значительному увеличению
числа отдельных трансформаторов по сравнению
с числом генераторов. При этом суммарная
мощность трансформаторов в сети на каждой
последующей ступени с более низким напряжением
в целях более свободного маневрирования
энергией выбирается обычно большей, чем
мощность предыдущей ступени более высокого
напряжения. Вследствие этого общая мощность
всех трансформаторов, установленных
в сети, в настоящее время превышает общую
генераторную мощность в 8-10 раз. Одной
из важных задач является повышение эффективности
использования материальных ресурсов
в трансформаторостроении – материалов,
топлива и энергии. Эта задача решается
в сложном комплексе мероприятий, направленных
на уменьшение расхода активных, изоляционных
и конструктивных материалов и на уменьшение
размеров трансформатора.
Целью курсовой работы является
изучение устройства, основных режимов
работы, расчета силового трансформатора
/2/.
1. Основные понятия трансформаторов
1.1. Применение трансформаторов
Электрическую
энергию, вырабатываемую тепловыми
электрическими станциями, расположенными
обычно в местах залежей топлива,
и гидроэлектростанциями, расположенными
у рек, приходится передавать
в крупные промышленные центры,
которые удалены на сотни, а
иногда и тысячи километров
от места расположения станций.
Для передачи электроэнергии
на большие расстояния сооружают
мощные линии электропередачи
ЛЭП. Известно, что при прохождении
по линии тока часть электрической
энергии расходуется на нагревание
проводов. Электрическая энергия,
теряемая в проводах, тем больше,
чем больше ток и сопротивление
проводов. Уменьшать потери только
за счет снижения сопротивления
проводов экономически невыгодно,
так как при этом требуется
значительное увеличение сечения
проводов и, следовательно, большой
расход дефицитных цветных металлов.
Для снижения потерь энергии
и сокращения расхода цветных
металлов идут по пути увеличения
напряжения с помощью трансформаторов.
Трансформаторы, повышая напряжение,
автоматически уменьшают ток,
поэтому передаваемая мощность
остается неизменной, а потери
в проводах линии, пропорциональные
квадрату силы тока (I2R), резко
сокращаются. Например, при увеличении
напряжения передаваемой энергии
в 10 раз потери снижаются в
100 раз. Для повышения напряжения
линий электропередачи устанавливают
повышающие трансформаторы, а чтобы
напряжение снизить до величины,
на которую строят токоприемники
(от 127 В до нескольких киловольт),
в конце линии устанавливают
понижающие трансформаторы. Для
этого сооружают подстанции,
распределяющие электроэнергию
между группами потребителей (заводами,
фабриками, поселками домами и
др.). В современной электроэнергетике
главную роль играют силовые
трансформаторы, т. е. трансформаторы,
служащие для преобразования
электрической энергии в электрических
сетях и установках, принимающих
и использующих ее. К силовым относятся
трехфазные и многофазные трансформаторы
мощностью 6,3 кВА и более н однофазные
мощностью 5 кВА и более.
Электрическую энергию приходится
передавать на большие расстояния —
в объединенную энергосистему, в
центры ее потребления и непосредственно
к многочисленным мелким потребителям.
Из-за большой разветвленности
электрических сетей, обеспечивающих
передачу и распределение электрической
энергии между потребителями, отличающимися
мощностями, характером нагрузок и
удаленностью от электрических станций
и подстанций, необходима четырех- и
пятикратная ее трансформация, а
следовательно, установка большого
количества повышающих и понижающих
силовых трансформаторов. Кроме
того, при трансформации суммарная
мощность силовых трансформаторов
на каждой ступени с более низким
напряжением обычно больше, чем на
ступени с более высоким напряжением.
Поэтому общая суммарная мощность
силовых трансформаторов, установленных
в сетях, превышает суммарную
мощность генераторов, установленных
на электростанциях, в 6-7 раз. В качестве
силового трансформатора в сетях 220
кВ и выше широко применяют автотрансформатор,
представляющий собой транс
форматор, две обмотки
которого гальванически соединены
между
собой. Кроме силовых трансформаторов
и автотрансформаторов
для передачи и распределения
электрической энергии в народном
хозяйстве используют много
видов специальных трансформаторов.
К ним в первую очередь
относятся трансформаторы для питания
электропечей, выпрямителей,
электросварочные, регулировочные,
испытательные, тяговые,
судовые, шахтные и измерительные.
Раз
личные виды трансформаторов
широко применяют в устройствах
связи, радио, автоматики,
телемеханики, бытовой техники и
т. п.
Трудно представить себе
современное электротехническое устройство,
где бы не использовался трансформатор
/1/.
1.2. Основные определения
Трансформатор представляет собой
статическое электромагнитное устройство,
имеющее две или большее количество
индуктивно связанных обмоток
и предназначенное для преобразования,
посредством электромагнитной индукции
одной или нескольких систем
переменного тока в одну или
несколько других систем переменного
тока, в том числе для преобразования
электрической энергии одного
напряжения в электрическую энергию
другого. Обмотка трансформатора,
к которой подводится энергия
(напряжение) преобразуемого переменного
тока, называется первичной обмоткой
трансформатора. Обмотка трансформатора,
от которой отводится энергия
преобразованного переменного тока,
называется вторичной обмоткой
трансформатора. Трансформаторы подразделяют
на стандартные классы, напряжения.
Обмотка трансформатора, к которой
подводится энергия преобразуемого или
от которой отводится энергия преобразованного
переменного тока, называется основной.
Силовой трансформатор имеет не менее
двух основных обмоток.
Основная обмотка трансформатора,
имеющая наибольшее номинальное
напряжение, называется обмоткой высшего
напряжения ВН, наименьшего — низшего
напряжения НИ, а промежуточное между
ними — среднего напряжения СИ. Трансформатор
с двумя гальванически не связанными
обмотками называется двухобмоточным,
с тремя — трехобмоточным. Мощные
силовые трансформаторы часто выполняют
трехобмоточными — с обмотками
ВН, СН и НН. Одна из этих обмоток
является первичной, две другие –
вторичными. Если у трансформатора
первичной является обмотка НН, его
называют повышающим, если
ВН – понижающим.
Отношение напряжений на зажимах
двух обмоток в режиме холостого
хода называется коэффициентом трансформации
(k) трансформатора. В двухобмоточном
трансформаторе коэффициент трансформации
равен отношению высшего напряжения
к низшему; в трехобмоточном трансформаторе
три коэффициента трансформации, равные
отношению высшего к низшему,
высшего к среднему, среднего к
низшему напряжениям.
Для двух обмоток силового
трансформатора, расположенных па одном
стержне, коэффициент трансформации
принимается равным отношению чисел
их витков. Поэтому если, например, первичная
обмотка с числом витков W1 является
обмоткой высшего напряжения, а вторичная
с числом витков W2—низшего напряжения,
то k = Ul/Ui = Wi/W2, откуда U1=kU2, W1=kW2. Таким
образом, зная коэффициент трансформации
и напряжение на вторичной стороне
трансформатора, легко определить напряжение
на первичной, и наоборот. Это относится
также и к числам витков. Трансформатор,
в магнитной системе которого
создается однофазное магнитное
поле, называется однофазным, трехфазное
— трехфазным. Для улучшения электрической
изоляции токопроводящих частей и условий
охлаждения трансформатора
обмотки вместе с магнитной системой
погружают в бак с трансформаторным
маслом. Такие трансформаторы называют
маслонаполненными или масляными.
Некоторые трансформаторы
специального назначения
вместо масла наполняют
негорючей синтетической
жидкостью — совтолом.
Трансформаторы, у которых
основной изолирующей средой служит
воздух, газ или твердый диэлектрик,
а охлаждающей средой атмосферный
воздух, называются сухими. Каждый трансформатор
имеет табличку, в которой
указаны его номинальные величины,
т. е. величины, на которые он рассчитан
(мощность, высшее и низшее напряжение,
токи, частота и др.).
Номинальная мощность трансформаторов
выражается полной электрической
мощностью в киловольт-амперах
(кВА) или мегавольт-амперах
(MBА). Номинальное первичное
напряжение – это напряжение, на
которое рассчитана первичная обмотка
трансформатора; номинальное
вторичное, – получающееся на зажимах
вторичной обмотки при холостом
ходе трансформатора и номинальном
напряжении на зажимах первичной
обмотки /3/.
1.3. Основные режимы работы
трансформаторов
1.3.1. Холостой ход, токи
и потери холостого хода.
Если к зажимам одной
из обмоток трансформатора подведено
переменное номинальное напряжение,
а другие обмотки не замкнуты на
внешние цепи, такой режим работы
называется режимом холостого хода
трансформатора. Ток, проходящий в обмотке
трансформатора при холостом ходе,
называется током холостого хода.
Для трансформаторов малой мощности
Он составляет 2—3,5% номинального,
для мощных 0,5-1,5%. Потребляемая при
холостом ходе трансформатора активная
мощность тратится на тепловые потери
в магнитной системе и частично
в первичной обмотке. Эти суммарные
потери называют потерями холостого
хода трансформатора. В активном сопротивлении
обмоток при холостом ходе потери
незначительны из-за малого тока, поэтому
ими пренебрегают, считая, что мощность,
потребляемая трансформатором, расходуется
только на потери в стали магнитной
системы. Эти потери вызваны периодическим
перемагничиванисм (гистерезисом) стали
и, вихревыми токами. Перемагничивание
связано с выделением тепла и,
как любой другой вид работы, требует
затраты энергии. Магнитная система
находится в переменном магнитном
поле, поэтому согласно закону электромагнитной
индукции в ней индуктируются
токи, которые проходят в плоскостях,
перпендикулярных направлению магнитного
потока, и называются вихревыми. Чем
толще пластины, из которых собрана
магнитная система, и меньше их удельное
электрическое сопротивление, тем
больше вихревые токи. Вихревые токи являются
паразитными, так как, замыкаясь
в стали магнитной системы, они
нагревают ее и вызывают бесполезные
потери энергии. Для уменьшения потерь
от вихревых токов магнитную систему
трансформаторов собирают из тонких
пластин, изготовленных из специальной
стали и изолированных друг от
друга /4/.
1.3.2. Короткое замыкание.
Напряжение и потери короткого
замыкания.
Коротким замыканием трансформатора
называют режим работы, при котором
одна из обмоток замкнута накоротко,
а вторая находится под напряжением.
Если короткое замыкание происходит
в процессе эксплуатации трансформатора
при номинальных напряжениях, в
обмотках возникают токи короткого
замыкания, в 5—20 раз (и более) превышающие
поминальные. При этом резко повышается
температура обмоток и в них
возникают большие механические
усилия. Такое замыкание является
аварийным и требует специальной
защиты, которая должна отключить
трансформатор в течение долей
секунды. Если замкнуть накоротко одну
из обмоток трансформатора, а к
другой подвести пониженное напряжение
и постепенно его повышать, то при
определенном значении напряжения Uк.з,.
называемом напряжением короткого
замыкания, в обмотках будут проходить
токи, равные номинальным. Напряжение
короткого замыкания является одной
из важных характеристик трансформатора
и выражается в процентах номинального
напряжения:
Uк.з.=Uк.з./Uн*100
где Uк.з. — напряжение короткого
замыкания, %; Uк.з. — напряжение короткого
замыкания, В; Uн — номинальное
напряжение обмотки трансформатора,
В. Равенство напряжений короткого
замыкания трансформаторов —
одно из условий их параллельной работы.
Напряжение Uк.з. указывают в табличке
каждого трансформатора. Его величина
определена стандартами в зависимости
от типа и мощности трансформатора:
для силовых трансформаторов
малой и средней мощности
она составляет 5 –7%, для мощных трансформаторов
6 – 17% и более. При опыте короткого
замыкания в магнитной системе
создается незначительное магнитное
поле, обусловленное малым подведенным
напряжением. Кроме того, проходящие
по первичной и вторичной обмоткам
номинальные токи создают поле рассеяния,
замыкающееся через воздух и металлические
детали трансформатора. Поле рассеяния
создает индуктивное сопротивление,
которое при коротком замыкании
ограничивает ток в обмотках, предохраняя
их от чрезмерного нагрева и разрушения.
Падение напряжения в индуктивном
сопротивлении обмоток в основном
определяет значение напряжения короткого
замыкания трансформатора. Чем выше
Uк.з., тем меньше опасность разрушения
обмоток при аварийных коротких
замыканиях. Однако величину Uк.з. ограничивают
до определенного значения, в противном
случае, создавая значительное индуктивное
сопротивление, поля рассеяния вызовут
недопустимо большое реактивное
падение напряжения во вторичной
обмотке, в результате чего снизятся
вторичное напряжение и соответственно
мощность, получаемая приемником электроэнергии.
Кроме того, поля рассеяния, замыкаясь
через металлические детали, вызывают
в них добавочные потери от вихревых
токов и перемагничивания, снижая
кпд трансформатора. Поля рассеяния
ограничивают до оптимальной величины,
размещая первичную и вторичную
обмотки на одном стержне концентрически,
(чем ближе обмотки друг к другу,
тем меньше поле рассеяния). При опыте
короткого замыкания напряжение
Uк.з, подводимое к трансформатору, в
зависимости от его типа в 5—20 раз
меньше номинального. В этом случае
магнитное поле, замыкающееся через
магнитную систему, составляет не более
5% основного. Поэтому потерями в
стали пренебрегают, считая, что
мощность Рк.з. потребляемая трансформатором
при коротком замыкании, полностью
расходуется на потери в активном
сопротивлении первичной и вторичной
обмоток и на добавочные потери от
полей рассеяния в стальных деталях
трансформатора (стенках бака, ярмовых
балках и др.). Токи и потери при
опыте короткого замыкания, по величине
такие же, как и при номинальной
нагрузке трансформатора,
поэтому их часто называют нагрузочными
потерями (они нормируются стандартом).
1.3.3. Кпд трансформатора.
При работе трансформатора под
нагрузкой происходят потери энергии
в стали и обмотках (нагрузочные
и холостого хода). Зная эти потери
и мощность, выдаваемую трансформатором
в сеть, можно определить его кпд
в процентах.
n=P2/(P2+Pк.з.+Pх)*100;
где P2 – мощность, выдаваемая
трансформатором в сеть,
кВт; Рк.з. – потери короткого
замыкания (нагрузочные), кВт; Рх –
потери холостого хода, кВт. Трансформаторы
имеют сравнительно высокий
кпд (98,5— 99,3% и более).
1.4. Требования, предъявляемые
к трансформаторам
Силовые трансформаторы должны
отвечать ряду технических требований:
удовлетворять условиям параллельной
работы; не перегреваться выше допустимых
пределов; выдерживать превышения напряжения
в допустимых пределах и внешние
короткие замыкания при обусловленных
значениях кратности и длительности
тока; обеспечивать регулирование напряжения.
Под параллельной работой трансформаторов
понимают работу нескольких трансформаторов
на общую сеть при параллельном соединении
их первичных и вторичных обмоток.
Такая работа более экономична, чем
раздельная, и создает некоторый
резерв мощности. Чтобы трансформаторы
могли работать параллельно, они
должны отвечать ряду технических требований,
основными из которых являются: равенство
первичных и вторичных напряжений,
а следовательно, и коэффициентов
трансформации; равенство напряжений
короткого замыкания, одинаковые группы
соединения обмоток. Повышение температуры
трансформатора и его отдельных
частей сверх допустимой приводит к
сокращению срока службы, а в отдельных
случаях к аварийному выходу трансформатора
из работы. Для обеспечения надежной
работы трансформатора в течение
срока службы, на который он рассчитан
(25 лет), ГОСТ 11677-75 установлены следующие
допустимые превышения температуры
отдельных его частей над температурой
охлаждающей среды, °С:
Для обмоток – 65 °С. Для
магнитной системы (на поверхности)
и конструктивных элементов – 75
°С. Для масла (в верхних слоях),
если оно полностью защищено от соприкосновения
с окружающим воздухом (герметизированные
трасформаторы, трансформаторы с защитным
устройством) – 60 °С. В остальных
случаях – 55 °С.
В сухих трансформаторах
наибольшее превышение температуры
обмоток над температурой охлаждающей
среды при применении изоляционных
материалов классов нагревостойкости
А, Е, В, F и Н не должно быть больше
соответственно 60, 75, 80, 100, 125° С. Допустимые
превышения температуры приняты
при условии, что максимальная температура
окружающего воздуха не должна превышать
40°С. Если охлаждающей средой служит
вода, ее температура у входа в
охладитель трансформатора не должна
превышать 25° С. Исходя из наибольших
допустимых превышений температуры, за
наивысшую расчетную температуру
обмоток масляных трансформаторов
принимают 65° + 40°= 105° С, магнитной
системы (на поверхности) – 75°+40°= 115°
С, верхних слоев масла – 55° +40°=95°
С. Повышение напряжения на зажимах
трансформатора до величины, опасной
для его изоляции, называют перенапряжением.
Перенапряжения делят на внутренние и
внешние. К внутренним, или коммутационным,
относят перенапряжения, возникающие
при изменении режима работы; трансформатора
или, системы, в которой он работает, например
при дуговом замыкании на землю, отключении
и включении трансформаторов, линий с
большой индуктивностью и емкостью и т.
д. К внешним относят атмосферные перенапряжения,
возникающие в результате действия грозовых
разрядов. Если грозовой разряд происходит
в непосредственной близости от трансформатора
или линии, к которой он подключен, то перенапряжение
возникает из-за индуктивного влияния
тока и заряда молнии. Такое перенапряжение
называют индуктированным. Каждый трансформатор
в зависимости от его номинального напряжения
и условий работы должен выдерживать
некоторое перенапряжение. Отечественные
трансформаторы имеют стандартные
классы напряжения: 3, 6, 10, 20. 35, 110, 150, 220,
330, 500 и 750 кВ. Величина (уровень) допускаемых
перенапряжений на зажимах обмоток трансформатора
определяется его классом напряжения.
Помимо перенапряжений при изменении
режимов работы и особенно при внезапных
коротких замыканиях в обмотках трансформаторов
возникают токи, которые во много раз превышают
рабочие. В момент включения трансформатора
в сеть на холостую работу ток может превысить
номинальный в 6—8 раз. При прохождении
такого тока по обмоткам возникают опасные
механические усилия. Между витками в
каждой обмотке действуют силы притяжения,
так как токи в витках имеют одинаковое
направление. Силы F, действующие между
концентрически расположенными обмотками
разных напряжений, направлены радиально.
Так как первичный и вторичный токи в обмотках
направлены противоположно, эти силы стремятся
оттолкнуть обмотки друг от друга; наружная
обмотка будет растягиваться, стремясь
разорваться, внутренняя – сжиматься.
Кроме радиальных на обмотки действуют
осевые силы, которые меньше радиальных,
но при аварийных режимах опасны. Одну
из обмоток они стремятся разорвать вдоль
оси, другую — сжать.
Известно, что магнитодвижущие силы,
а следовательно, механические
усилия первичной и вторичной
обмоток, должны уравновешивать
друг друга. В случае же осевой
асимметрии обмоток такое равновесие
нарушается /5/.
2. Устройство трансформатора
Полностью собранный однофазный
трансформатор мощностью 2500кВА показан
на рис. 1. На баке 1 трансформатора установлен
термосифонный фильтр 2 с патрубком
3 и плоским краном 22. Приводной
механизм 4 устройства РПН связан вертикальным
валом 6 (с муфтой 5) с контакторами,
закрытыми кожухом 7. Кожух контакторов
имеет свой маслоуказатель 9 со стеклянной
пластиной и реле давления 8. На крышке
10 кожуха контакторов находится
пробка 11 для выхода воздуха. Расширитель
12 со стенкой 16 снабжен воздухоосушителем,
патрубок 13 которого виден на рисунке.
Предохранительная труба 14 связана
газоотводным патрубком 15 с расширителем,
на съемной боковой стенке которого
установлен маслоуказатель 17 со стеклянной
трубкой. На крышке трансформатора размещены
вводы высшего 19 и низшего 18 напряжений.
Для подъема крышки с активной
частью служат кольца 20, для подъема
полностью собранного трансформатора
- крюки 21. Охлаждение трансформатора
естественное масляное, осуществляется
с помощью прямотрубных радиаторов
25, укрепленных на патрубках 23. Для
повышения механической прочности
радиаторов при транспортировании
служат специальные угольники 24, с
пластинами, связывающие радиаторы.
Рис. 1. Однофазный трансформатор.
2.1. Остов и магнитная
система трансформаторов
Конструкция, включающая в
собранном виде магнитную систему
со всеми деталями, служащими для
ее соединения и крепления обмоток,
называется остовом трансформатора.
Комплект пластин, изготовленных из
электротехнической стали и собранных
в определенной геометрической форме,
предназначенной для концентрации
основного магнитного поля трансформатора,
называется магнитной системой трансформатора.
Магнитная система состоит из
стержней, на которых расположены
обмотки, и ярм, замыкающих магнитную
цепь. Поверхность пластин покрыта
жаростойкой пленкой или лаком,
либо сочетанием жаростойкой и лаковой
пленок, обеспечивающих изоляцию между
ними. По устройству различают броневые,
бронестержневые и стержневые магнитные
системы. Магнитная система, в которой
оба конца каждого стержня соединены двумя
(и более) боковыми ярмами, называется
броневой. Магнитный поток в такой системе
при выходе из стержня разветвляется на
две части, поэтому площадь поперечного
сечения ярма в два раза меньше площади
сечения стержня. Броневую магнитную систему
применяют в однофазных трансформаторах:
бытовых, специального назначения (некоторых),
иногда мощных силовых. Магнитная система,
у которой часть стержней имеет боковые
ярма или каждый стержень не более чем
одно боковое ярмо, называется бронестержневой.
Такая конструкция позволяет уменьшить
габарит трансформатора по высоте и применяется
в однофазных и трехфазных трансформаторах.
Магнитная система, в которой ярма соединяют
разные стержни и нет боковых ярм, называется
стержневой. Такая конструкция получила
наибольшее применение в трансформаторах.
По способу сборки магнитные системы подразделяются
на стыковые и шихтованные. Магнитная
система, в которой стержни и ярма, собранные
и скрепленные раздельно, при сборке системы
устанавливаются встык, называется стыковой.
Стыковые магнитные системы отличаются
простотой сборки пластин, но имеют ряд
существенных недостатков. В настоящее
время их можно встретить только в трансформаторах
старых выпусков. В отечественном трансформаторостроении
в основном применяет шихтованную магнитную
систему, в которой стержни и ярма собирают
впереплет. Укороченные пластины
стержней стыкуют с удлиненными пластинами
ярм. Затем, перекрывая стык внахлест,
удлиненные пластины стержней стыкуют
с укороченными пластинами ярм. Укладывая
слой за слоем, набирают магнитную систему
до необходимой толщины. Такое сопряжение
стержней с ярмами называют шихтовкой
с прямым стыкованием пластин. Обычно
для ускорения процесса сборки в каждый
слой при шихтовке укладывают не по одной,
а по две-три пластины, поэтому сборку
называют шихтовкой в две пластины или
соответственно шихтовкой в три пластины.
При такой сборке нет сплошных стыков,
как в стыковой системе, так как места
соединений одного слоя перекрываются
пластинами следующего. Шихтовка с косыми
стыками усложняет заготовку пластин
и затрудняет сборку магнитной системы,
поэтому иногда прибегают к некоторым
упрощениям: сборку делают с четырьмя
косыми (по углам) и двумя прямыми
стыками или комбинированную –
первый слой с косыми стыками, второй –
с прямыми. Для трансформаторов I и II габаритов
применяют также конструкцию пространственной
стыковой магнитной системы с симметричным
расположением стержней. Она состоит из
двух намотанных из ленточной электротехнической
стали ярм треугольной формы, между которыми
по углам расположены три стержня ступенчатой
формы, собранные из пластин одинаковой
длины. Основным достоинством такой магнитной
системы является простота конструкции,
позволяющая широко механизировать и
автоматизировать технологические процессы
изготовления; одновременно достигается
симметричность магнитной системы. Для
трансформаторов I габарита применяют
также витую магнитную систему, в которой
стержни и ярма образуют цельную конструкцию.
Особенность сборки трансформаторов с
магнитной системой такого вида заключается
в том, что обмотки наматывают непосредственно
на стержни. Пластины магнитных систем
старых выпусков покрывали с двух сторон
изоляционным лаком № 202 или К.Ф-965. В настоящее
время заводы используют рулонную трансформаторную
сталь с жаропрочным изоляционным покрытием
(оксидным и магниево-фосфатным), не требующую
дополнительного изолирования лаком.
Поперечное сечение стержней и ярм делают
многоступенчатым с таким расчетом, чтобы
по форме оно было близко к кругу. Ступенчатое
сечение получается благодаря применению
пластин разной ширины. (Ярма магнитных
систем более ранних выпусков имели прямоугольную
Т-образную я крестообразную форму сечения.).
Для получения монолитной конструкции
стержни и ярма магнитных систем стягивают.
У трансформаторов мощностью до 630 кВ-А
стержни при насадке обмоток временно
стягивают струбцинами. Необходимое усилие
прессовки стержней после насадки обмоток
обеспечивается расклиновкой буковыми
стержнями. По способу стяжки магнитные
системы делят на шпилечные и бес шпилечные.
Шпилечный способ заключается в том, что
в пластинах стержней и ярм штамповкой
пробивают отверстия, в которые после
сборки магнитной системы вставляют сквозные
стальные шпильки, изолированные от активной
стали и ярмовых балок бумажно-бакелитовыми
трубками и изоляционными шайбами (электрокартонными
и гетинаксовыми). Такой способ применялся
и в магнитных системах, собранных из пластин
горячекатаной стали.
2.2. Обмотки трансформаторов
Обмотки масляных силовых
трансформаторов III—VIII габаритов выполняют
преимущественно из медных обмоточных
проводов ПБ, I и II—из алюминиевых
АПБ. Для обмоток сухих силовых
трансформаторов используют провода
ПСД. Толщину изоляции обмоточных проводов
принято указывать на обе стороны.
Ее выбирают в зависимости от напряжения:
для обмоток трансформаторов
с напряжением до 35 кВ обычно берут
0,45—0,55 мм (нормальную толщину изоляции),
для 110 кВ—1,2—1,35 мм, для более высоких
напряжений—1,92—5,76 мм. Толщина изоляции
провода ПСД равна 0,27—0,4 мм. Кроме
проводов в устройстве обмоток входят
изоляционные детали и материалы. Обмотки
отличаются друг от друга типом, количеством
витков, поперечным сечением и маркой
провода, направлением намотки, изоляционными
расстояниями и толщиной, витковой
изоляции. Чем больше напряжение трансформатора,
тем больше количество витков; с
увеличением мощности возрастают сечения
проводов и размеры обмоток. Плотность
тока в обмотках выбирают по условиям
нагрева в пределах 2,5—4,5 А/мм2 в
зависимости от мощности и конструктивного
исполнения трансформатора. Существуют
однослойные и многослойные, дисковые
спиральные одинарные катушки, дисковые
спиральные парные катушки обмотки
намоток. Следует строго различать
направление намотки обмоток. Обмотки,
намотанные в один слой, — однослойные,
независимо от того, какой конец
считать началом (верхний или
нижний), имеют то направление, какое
было получено при намотке. В многослойных
обмотках, состоящих из нескольких
слоев с переходами из слоя в слой,
направление намотки чередуется.
У таких обмоток за направление
намотки принимают направление
того слоя, у которого входной конец
принят за начало. Дисковые катушки, имеющие
форму плоской спирали, считаются
левыми или правыми в зависимости
от того, какой конец выбран началом
– внутренний или наружный. Для
придания обмоткам большей механической
прочности и повышения влагостойкости
их сушат, затем пропитывают лаком
МЛ-92 или ГФ-95 и запекают в термошкафах
при 100 –110 0С. Усовершенствование конструкции
обмоток, технологии их изготовления
и установки на магнитной системе
при сборке трансформаторов позволяет
отказаться от пропитки и запекания.
Это значительно удешевляет изготовление
обмоток и освобождает производственную
площадь. Обмотка, сечение витка
которой состоит из одного или
нескольких параллельных проводов, а
сами витки расположены в один
ряд (слой) без интервалов на цилиндрической
поверхности в ее осевом направлении,
называется простой цилиндрической
обмоткой, ее часто называют также
однослойной. У однослойной обмотки
начало и конец находятся на противоположных
торцах. Витки идут по наклонной
линии, поэтому для придания торцам
обмоток горизонтальной опорной
поверхности к крайним виткам
киперной лентой прикрепляют выравнивающие
разрезные кольца. Кольца вырезают из
бумажно-бакелитового цилиндра или свертывают
в кольцо клин, состоящий из нескольких
слоев электрокартона. Обмотка, состоящая
из двух концентрически расположенных
простых цилиндрических обмоток (слоев),
называется двухслойной цилиндрической
обмоткой. Как и в однослойной обмотке,
витки каждого слоя уложены по винтовой
линии, плотно прилегают друг к другу
и состоят из одного или нескольких параллельных
проводов. Многослойную цилиндрическую
обмотку наматывают проводом круглого
сечения марок ПБ или АПБ (за исключением
алюминиевых обмоток напряжением 6 кВ
и ниже для трансформаторов мощностью
от 400 кВА и выше, которые обычно наматывают
прямоугольным проводом АПБ). Остовом
обмотки служит бумажно-бакелитовый цилиндр,
па котором намотан первый слой обмотки,
а последующие – на бумажных цилиндрах,
состоящих из нескольких слоев кабельной
бумаги, служащей межслоевой изоляцией.
2.3. Переключающие устройства
Напряжение силовых трансформаторов
регулируют изменением числа витков
в обмотках переключением регулировочных
ответвлений в зависимости от
мощности, напряжения и схемы обмоток
трансформатора применяют переключающие
устройства различных конструкций
и типов. Переключающие устройства,
предназначенные для переключения
ответвлений обмотки одной фазы,
называют однофазными. Если переключение
ответвлений трехфазного трансформатора
осуществляется одним переключающим
устройством, его называют трехфазным.
Основными конструктивными частями
переключающего устройства без возбуждения
ПБВ являются: переключатель ответвлений,
представляющий собой систему неподвижных
контактов, к которым подключены
регулировочные ответвления обмоток,
и подвижных контактов, соединяющих
в одну цепь соответствующие неподвижные
контакты; привод, с помощью которого
переключатель приводится в действие;
остов, на котором собраны и закреплены
части переключателя. Устройства ЛБВ
в соответствии с конструктивным
исполнением имеют следующие
буквенные обозначения: П и ПТ
— однофазные и трехфазные барабанного
типа с кольцевым контактом; ПС и
ПТС — то же, с сегментным контактом;
ПЛ, ПТЛ и ПР, ПТР — то же, с
ламельным контактом. При размещении
нескольких устройств на одном валу
(рейке) указывают их количество. Для
трехфазных устройств ПБВ с соединением
фаз в звезду после буквенного
обозначения через тире ставят цифру
0, а в конце обозначения —
год утверждения технического проекта
на устройство ПБВ. Например, П6-35/160 X 3—73
расшифровывается так: устройство барабанного
типа с кольцевым контактом, шестью
зажимами, номинальным напряжением
35 кВ и током 160 А, тремя устройствами
ПБВ на одном валу. Находящиеся
в эксплуатации и выпускаемые
в настоящее время отечественными
и зарубежными заводами трансформаторы
снабжены различными по конструкции
переключающими устройствами РПН. Однако
все они подразделяются на устройства
замедленного Действия с токоограничивающими
реакторами и быстродействующие
с токоограничивающими резисторами.
Устройства РПН в соответствии с
конструктивным исполнением имеют
следующие буквенные обозначения:
РНО и РНТ — однофазные и
трехфазные без токоограничивающего
резистора; РНОР к РНТР —то же, с
токоограничивающим реактором; РНОА и
РНТА —то же, с токоограничивающим
резистором. Для трехфазных устройств
РПН с соединением фаз в
звезду после буквенного обозначения
через тире ставят цифру 0. Характеристика
контактора обозначается буквой после
дроби., указывающей напряжение и
ток устройства РПН (буква А — контактор
с разрывом дуги в воздухе, Г — в газе,
В — в вакууме, П—контактор, в котором
для переключения без разрыва дуги применяют
полупроводники; контактор с разрывом
дуги в масле буквы после дроби не имеет)
/7/.
2.4. Отводы
Для соединения концов обмоток
между собой и с вводами,
подключения регулировочных ответвлений
к переключателям и других
соединений внутри трансформатора
применяют проводники, называемые
отводами. Отводы, служащие для соединения
обмоток с вводами, называют
линейными или основными; соединяющие
переключатель с обмотками —
регулировочными. Отводы изготовляют
из медных и алюминиевых проводников,
которые бывают в виде шин,
прутков и гибкого провода.
В трансформаторах I—III габаритов
напряжением до 690. В отводы, как
правило, не изолируют. Отводы
диаметром до 5,2 мм для напряжений
б—35 кВ изолируют кабельной бумагой.
При большем диаметре на него
надевают бумажно-бакелитовую трубку.
В трансформаторах IV—VIII габаритов
для отводов напряжением 6—35 кВ
применяют гибкий провод ПБОТ.
Для напряжения 110 кВ и более
отводы изолируют лакотканью
и крепированной бумагой. Площадь
поперечного сечения отводов
выбирают в зависимости от
рабочего тока, толщины изоляции
и условий охлаждении. Для изолированных
отводов допускаемая плотность
тока несколько меньше, чем для
неизолированных; в среднем 2,5—4,8
А/мм3. Если изолированные отводы
закрыты крепежными деталями, допускаемый
в них ток уменьшают. При
размещении отводов в трансформаторе
выдерживают определенные изоляционные
расстояния, зависящие от напряжения,
толщины изоляции отводов и
среды, в которой они находятся
(в масле или в воздухе). Основными
изоляционными промежутками для
отводов являются: расстояние от
отводов до ближайшей заземленной
части, от отвода до обмотки,
между отводами разных напряжений,
от регулировочных отводов и
переключателей до заземленных
частей. Отводы соединяют с обмотками
и между собой пайкой, у некоторых
трансформаторов применяют болтовые
соединения. Для подключения отводов
к вводам и переключателям
концы отводов загибают в петлю
или используют специальные гибкие
окончания из набора медных
лент. Такие устройства называют
компенсаторами или демпферами.
2.4. Вводы
Для вывода концов обмоток
из трансформатора наружу и пoдключения
к сети служат вводы — фарфоровые
изоляторы, через внутреннюю полость
которых проходит токопроводящий стержень.
Вводы устанавливают на крышке или,
реже, на боковой стенке бака. Внутри
трансформатора ввод соединяют с
отводами от обмоток, снаружи верхний
конец ввода имеет зажим для
присоединения к сети. Внешняя
конфигурация и размеры вводов зависят
oт напряжения, тока и места установки.
Вводы для внутренней установки
имеют гладкую наружную поверхность
и небольшие размеры Вводы для наружной
установки, работающие в тяжелых атмосферных
условиях (под дождем, снегом, в загрязненном
воздухе), отличаются от вводов для внутренней
более развитой наружной поверхностью.
Благодаря зонтообразным ребрам (юбкам)
путь поверхностного разряда по фарфору
возрастает, вследствие чего увеличивается
электрическая прочность ввода. В настоящее
время на всех силовых трансформаторах
устанавливают вводы наружной установки.
Вводы изготовляют на напряжения: 0,5; 1;
3; 6—10; 20; 35; 110; 220; 330; 500 и 750 кВ. В силовых
трансформаторах па напряжения 3 и 6 кВ
применяют вводы 10 кВ. Армированные вводы.
У армированного ввода фланец, предназначенный
для его крепления к крышке трансформатора,
и колпак, через который выходит наружу
токопроводящий стержень, скреплены с
фарфоровым изолятором глетоглицериновой
или магнезитовой армировочной замазкой.
Армированные вводы трудоемки в изготовлении
и при ремонте, а также ненадежны в эксплуатации
из-за сравнительно быстрого старения
замазки. Для их замены приходится сливать
из бака значительную часть масла. На крышке
трансформатора должны быть специальные
люки; если их нет (трансформаторы I – III
габаритов) и крышка скреплена с активной
частью, приходится активную часть вынимать
из бака. Армированные вводы на напряжение
35 кВ встречаются на трансформаторах старых
выпусков. Герметичные вводы. В последние
годы получили широкое применение герметичные
вводы на напряжения 110 кВ и выше. Основное
отличие этих вводов от вводов БМТ заключается
в том, что находящееся в них масло герметически
изолировано от атмосферного воздуха,
они не имеют расширителя и гидравлического
затвора. Их внутренняя изоляция вместе
с остовом помещена в фарфоровые покрышки,
заполненные дегазированным трансформаторным
маслом, находящимся под давлением.
