ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО трансформатори

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО трансформатори

Трансформатором називається електромагніт¬ное статичне пристрій, призначений для преобра¬зованія допомогою електромагнітної індукції електрі¬ческой енергії змінного струму однієї напруги в електричну енергію іншої напруги. Це уст¬ройство найчастіше складається з двох (а іноді і більшого числа) взаємно нерухомих електрично не пов'язаних між собою обмоток, розташованих на ферромагніт¬ном муздрамтеатрі. Обмотки мають між зі;

Принцип пристрою трансформатора

собою магнітну зв'язок, здійснювану змінним маг¬нітним полем. Феромагнітний магнитопровод пред¬назначен для посилення магнітного зв'язку між обмотками. Іноді в трансформаторах феромагнітний сердечник може бути відсутнім. Такі трансформатори називаються повітряними. Вони застосовуються в спеціальних випадках при перетворенні змінних струмів високої частоти.

Обмотка трансформатора, що споживає енергію з мережі, називається первинною обмоткою.

Обмотки трансформатора підключаються до мереж з раз¬нимі напруженнями. Обмотка, призначена для прі¬соедіненія до мережі з більш високою напругою, назива¬ется обмоткою вищої напруги (ВН), а подсоеді¬няемая до мережі з меншою напругою, - обмоткою ніз¬шего напруги (НН). Якщо вторинне напруга менше первинного, то трансформатор називається поні¬жающім, а якщо більше - підвищує. Залежно від включення тих чи інших обмоток до мережі кожен трансфор¬матор може бути як підвищує, так і знижуючим.

Трансформатори з двома обмотками називаються двох-обмотувальними. Виготовляються трансформатори, у ко¬торих є три або більше електрично не зв'язаних обмоток. Такі трансформатори називаються трьох- або багатообмотувальних. Багатообмоточні трансформа¬тори мають кілька вторинних або первинних обмоток. Залежно від числа фаз трансформатори подразделя¬ются на однофазні, трифазні і многофаз¬ние.

Трансформатори знаходять саме широке застосування. Існує багато різноманітних їх типів, що розрізняються як за призначенням, так і за виконанням. Тут, в першу чергу, слід виділити групу силових трансформато¬ров, призначених для передачі і розподілу елект¬роенергіі, що виробляється на електростанціях.

Встановлені на електричних станціях генератори виробляють електричну енергію щодо не¬високого напруги (до 32 кВ). Для передачі її до пот¬ребітелям, розташованим на відстані в кілька со¬тен або навіть тисяч кілометрів, для зменшення перерізу проводів лінії і втрат в ній доцільно цю енергію перетворити, зменшивши струм в лінії шляхом соответствую¬щего підвищення напруги. Напруга на початку лінії передачі беруть тим вище, чим більше довжина лінії і передана потужність. У сучасних мережах енергія передається при напружених 500-750 кВ. Підвищення на¬пряженія на електростанціях здійснюється за допомогою підвищувальних трансформаторів. В кінці лінії передачі встановлюються трансформатори, які знижують на¬пряженіе, так як для розподілу енергії по заводах, фабриках, житловим будинкам і колгоспам необхідні сравні¬тельно низькі напруги,

При передачі електричної енергії від місця її проіз¬водства до місця споживання потрібно багаторазова її трансформація. Тому потужність всіх трансформаторів, встановлених у мережі, в 7-8 разів і більше перевищує об¬щую потужність генераторів. Потужність силових трансфор¬маторов коливається від декількох кіловольт-ампер до со¬тен мегавольт-ампер. У подальшому викладі головна увага буде приділятися цьому виду трансформаторів.

Поряд з силовими трансформаторами широке рас¬пространеніе отримали спеціальні трансформатори (зварювальні, для живлення електродугових печей, ізмері¬тельние та ін.). Трансформатори застосовуються також для перетворення числа фаз і частоти '.

Трансформатори невеликих потужностей знаходять шіро¬кое застосування в пристроях зв'язку, радіо, телебачення, системах автоматики та ін.

О. Принцип дії трансформатора

Принцип дії трансформатора заснований явищі взаємної індукції. Якщо одну з обмоток трансформатора підключити до джерела змінної напруги (див. Рис. 1.1), то по цій обмотці потече змінний струм, ко ¬ торий створить в осерді змінний магнітний потік Ф. Цей потік зчеплений як з одного, так і з іншого обмоткою і , змінюючись, буде індукувати в них ЕРС. Так як в загальному випадку обмотки можуть мати різне число віт¬ков, то індуковані в них ЕРС будуть відрізнятися за зна¬ченію. У тій обмотці, яка має більше число віт¬ков w, индуцируемая ЕРС буде більше, ніж в обмотці, що має менше число витків.

Индуцируемая в первинній обмотці ЕРС приблизно рав¬на додається напруги і буде майже повністю його врівноважувати. До вторинної обмотки підключаються різні споживачі електроенергії, які будуть навантаженням для трансформатора. У цій обмотці, під дією індукованої в ній ЕРС виникне струм / 2, а на її висновках встановиться напруга U2. які будуть відрізнятися від струму 11 і напруги U1 первинної обмотки. Отже, в трансформаторі відбувається із¬мененіе параметрів енергії: підводиться до первинної об¬мотке від мережі електрична енергія з напругою U1 і струмом I1 допомогою магнітного поля передається у вторинну обмотку з напругою U2 і струмом / 2.

Трансформатор не можна включати в мережу постійного струму. У цьому випадку магнітний потік в ньому буде неізмен¬ним в часі і, отже, не буде індукувати ЕРС в обмотках. Внаслідок цього в первинній обмотці буде протікати великий струм, оскільки за відсутності ЕРС він буде обмежуватися тільки щодо не¬большім активним опором обмотки. Під ізбежа¬ніе перегорання обмотки протікання такого струму допус¬кать можна.

Конструктивні частини трансформатора. Основним ті¬пом силового трансформатора є масляний транс¬форматор. Сухі трансформатори застосовуються в установ¬ках виробничих приміщень, житлових і службових будівель, т. Е. Там, де застосування масляних трансформато¬ров внаслідок їх вибухо- і пожежонебезпеки недопусті¬мо. У сухих трансформаторах охолоджуючої середовищем служить проникаючий до обмоток і магнітопровода атмосферне повітря.

У масляного трансформатора виймальні його частину, є по суті власне трансформатором, занурюється в бак з маслом. До виймальної частини відноситься остов з обмотками і відводами, а в деяких конст¬рукціях також і кришка бака. Масло, що заповнює бак, має подвійне призначення. Воно має більш високу діелектричну міцність, ніж повітря, завдяки чому мож¬но зменшити ізоляційні відстані між токовед-ські і заземленими частинами, а також між обмотками. Крім того, трансформаторне масло є кращою охолоджуючої середовищем, ніж повітря. Тому в трансформато¬ре, заповненому маслом, можна збільшити електричні і магнітні навантаження. Все це призводить до зменшення витрати обмотувальних проводів і електротехнічної сталі на виготовлення трансформатора і зменшення його габа¬рітов.

Бак трансформатора зазвичай має овальну форму і для зручності транспортування розташовується на тележ¬ке з катками. З ростом потужності трансформатора конст¬рукція бака видозмінюється. Із зростанням потужності втрати, які викликають нагрів частин трансформатора, ростуть швидше, ніж зростає поверхню охолодження. По ¬ зі збільшенням потужності трансформатора пріходіт¬ся штучно збільшувати поверхню охолодження.

У трансформаторів потужністю до 40 кВ-А пріменя¬ются баки з гладкими стінками. Усередині бака виникає природна конвекція масла: нагріваючись від обмоток і сердечника, воно піднімається вгору, а у стінок бака ох¬лаждается і опускається вниз. Від стінок бака тепло рас¬сеівается в навколишній простір шляхом випромінювання і конвекції. При потужностях від 40 до 1600 кВ-А для уве¬ліченія поверхні охолодження в стінки бака вваріва¬ют труби діаметром 30-60 мм, що розташовуються в один - три ряди. Процес охолодження трансформатора протікає так само, як і в попередньому випадку.

У трансформаторах потужністю понад 1000 кВ-А іс¬пользуются гладкі баки з підвішеними до них трубча¬тимі охолоджувачами (рис. 1.28), які приєднуються до верхньої і нижньої частин бака за допомогою фланців. От¬носітельно стінок бака охолоджувачі розташовуються ради-ально. Циркуляція масла в охолоджувачі відбувається есте¬ственной конвекцією. Останнім часом трубчасті охла¬дітелі стали застосовувати і в трансформаторах меншої потужності.

При потужностях понад 10 000 кВ-А периметр гладкого бака виявляється недостатнім для розміщення необхо¬дімого кількості охолоджувачів. Тоді для більш інтен¬сівного відводу від охолоджувачів застосовується їх обдув з ¬ міццю вентиляторів, що дає збільшення тепловіддачі на 50-60%. У потужних трансформаторах застосовується фор¬сірованное охолодження масла. Масло з бака откачіва¬ется насосом, проходить через водяний або повітряний теплообмінник і охолоджене знову повертається в бак трансформатора.

Іноді з метою пожежної безпеки бак трансформатора

заповнюється негорючих і не окислюється рідким

діелектриком - совтола. Електрична міцність

і охолоджуючі властивості цього діелектрика практично

не відрізняються від таких же властивостей масла. Застосування совтола

обмежується більш високою в порівнянні з мас¬лом вартістю і токсичністю його парів.

Розширювач, газове реле і вихлопна труба. Розширювач з'єднується патрубком з баком трансформатора та забезпечує заповнення його маслом при змінах обсягу масла внаслідок коливань температур. Крім того, трансформатор з розширювачем має меншу площу відкритої поверхні масла, сопрікающегося з повітрям, що зменшує ступінь окислення, зволоження і забруднення масла. Обсяг розширювача складає 9,5-10% обсягу масла в трансформаторі і системі охолодження. Наявність масла в розширювачі контролюється по мастиловказівника, на шкалі якого нанесені контрольні ризики - рівень масла в непрацюючому трансформаторі при температурі -40. +15 + 40 ° С, Розширювачі потужних трансформаторів снаб¬жаются поплавковими реле рівня масла. У трубопро¬вод, що з'єднує розширювач з баком, вбудовується газове реле, що реагує на внутрішні пошкодження, що супроводжуються виділенням газів, а також на поні¬женія, рівня масла.

Газові реле застосовуються двох типів: поплавковое ПГ-22 і чашковими РГЧЗ-66.

Вихлопна (запобіжна) труба на кришці бака захищає його від розриву при інтенсивному виделе¬ніі газу під час великих пошкоджень всередині транс¬форматора. Верхній кінець вихлопної труби герметично закривається діафрагмою зі скла або мідної фольги. При вибухово виділених газу діафрагма ви¬давлівается і гази викидаються назовні, що предо¬храняет бак від деформації. Верхня порожнину вихлопної труби і повітряний простір над поверхнею мае¬та в розширнику з'єднані між собою трубкою. Це необхідно для вирівнювання тисків з обох боків діафрагми при зміні обсягу масла в нормальних експлуатаційних умовах.

Вводи

Відводи від обмоток виводяться назовні за допомогою вводів. Вводи складаються з суцільного токоведущего стрижня (або полого стержня всередині якого проходить гнучкий провід), фарфорового ізолятора і фланця, призначеного для установки введення.

У сучасних конструкціях трансформаторів напругою 35 кВ і нижче застосовуються знімні вводи. Фарфоровий ізолятор кріпиться до кришки трансформатора накидним фланцем з кулачками. Внутрішню порожнину ізолятора заповнює масло з бака. Ущільнення верхній торцевій частині ізолятора проводиться гумовим кільцем і гумовою шайбою. Основна перевага знімних вводів полягає в тому, що для заміни фарфорового ізолятора не вимагається від'єднання стержня всередині бака, що зазвичай пов'язано з підйомом активної частини.

7-4. ОХОЛОДЖЕННЯ

Теплова енергія, що виділяється в обмотках і маг-нітопроводе працюючого трансформатора, рассеівает¬ся в навколишнє середовище. Перехід тепла з поверхні обмоток і магнітопровода до охолодному маслу відбувається внаслідок різниці температур між ні¬мі. Ця різниця забезпечується безперервною естествен¬ной або примусовою циркуляцією масла всередині трансформатора. Природний рух нагрітих і хо¬лодних шарів масла пояснюється їх різною щільністю. В навколишнє середовище тепло відводиться конвекційними потоками повітря біля стінок бака і випромінюванням, Теплопе¬редача конвекцією відбувається зі всієї поверхні бака, труб та охолоджувачів і залежить від різниці температур бака і повітря, від конфігурації і площі охлаждае¬мих поверхонь. Чим вільніше доступ повітря до ох¬лаждаемой поверхні, тим інтенсивніше теплопередача.

Теплопередача шляхом випромінювання (а вона становить для трансформаторів з гладкими стінками баків близько 50% загальної теплопередачі) залежить від температури із¬лучающей поверхні і її стану. Із закритою тру¬бамі і охолоджувачами поверхні випромінювання не проіс¬ходіт, що пов'язано з прямолінійним поширенням променевої енергії.

Системи охолодження і їх експлуатація. Предусмот¬рени наступні системи охолодження масляних транс¬форматоров та умовні позначення:

масляне охолоджування з природною циркуляцією масла всередині бака і повітря зовні - М;

масляне Дуттьовий охолодження з природною цір¬куляціей масла - Д;

масляне Дуттьовий охолодження з примусовою циркуляцією - ДЦ;

масляне водяне охолодження з примусовою цір¬куляціей масла і води - Ц.

Трансформатори з природним масляним охлаж¬деніем при дуже малої потужності (що не перевищує 25 кВ-А) випускаються з гладкими баками. Поверхня баків таких трансформаторів достатня для відводу тепла. З ростом потужності трансформаторів з'являється необхідність штучного збільшення площі охолоджуючих поверхонь. Одним з конструктивних рішень є застосування баків з охолоджуючими трубами.

Сталеві труби (попередньо зігнуті) распо¬лагают вертикально, паралельно стінці бака, і прі¬варівают зсередини бака. Трубчасті баки мають транс¬форматори потужністю 1600 кВ-А включно.

Для трансформаторів потужністю 1600-16 000 кВ-А застосовують гладкі баки з підвісними трубчастими ох¬ладітелямі (радіаторами), що дозволяють отримувати значно більші поверхні охолодження, ніж у баків з охолоджуючими трубами. Схема природної циркуляції масла в трансформаторі з радіаторами по¬казана на рис. 7-7. Кожен радіатор являє со¬бой самостійний вузол, що приєднується своїми па¬трубкамі до патрубків бака. Між фланцями патруб¬ков встановлюються плоскі крани. Кранами пользу¬ются в тому випадку, коли радіатор знімається в ремонт з трансформатора, заповненого маслом. Після зняття радіатора на крани ставлять сталеві заглушки.

Глава п'ята

РЕГУЛЮВАННЯ вторинної напруги ТРАНСФОРМАТОРА

5.1. Принципи регулювання

Найбільш поширеним способом регулірова¬нія напруги є зміна ступенями числа витків обмоток трансформаторів. З цією метою у обмо¬ток передбачаються додаткові відгалуження, за допомогою яких змінюють число включених, віт¬ков і тим самим коефіцієнт трансформації.

Звідки випливає, що для регулювання вторинного напру ¬ ження потрібно змінити число витків в однієї з обмо¬ток. Для цієї мети обмотка виконується з низкою ответв¬леній. Перемикання відгалужень обмоток проводиться спеціальними перемикачами, вбудованими в трансфор¬матор. Регулювання напруги зустрічає труднощі, пов'язані з тим, що при перемиканні з одного ответвле¬нія до іншого не можна розривати ланцюг струму, і в той же вре¬мя неприпустимо, щоб контакти перемикача замика¬лі накоротко два сусідніх відводу, так як при цьому буде короткий замикання частини обмотки, включеної між цими відводами. У закороченому частини обмотки виникнуть великі струми, які можуть викликати її пошкодження.

Існує два види перемикання відгалужень обмо¬ток трансформаторів:

перемикання відгалужень обмотки трансформатора без збудження (ПБЗ), тобто після відключення всіх його об¬моток від мережі;

перемикання відгалужень обмотки без перерви на¬грузкі (РПН).

Трансформатори з перемиканням відгалужень без збудження

У силових трансформаторах з таким способом переклю¬ченія відгалужень напруга регулюється на ± 5% от¬носітельно номінального. У таких трансформаторах невеликої та середньої потужності є п'ять відгалужень: + 5- 2,5- 0: -2,5- -5%. Зазвичай відгалуження виполняют¬ся у обмотки ВН, так як струм в її ланцюга менше і тому відводи і перемикач виходять більш компактними. Крім того, число витків обмотки ВН більше, ніж НН, внаслідок чого зміна числа витків на ± 2,5 можна виконати більш точно.

Зміна числа витків обмотки здійснюється при по¬мощі наявного всередині бака трансформатора кон¬тактного перемикача, що має систему нерухомих і рухомих контактів. До нерухомим контактам под¬соедіняются відгалуження від обмотки. Переклад переключа¬теля з одного положення в інше здійснюється за допомогою рукоятки, яка встановлюється на кришці або стінці бака трансформатора.

Трансформатори з перемиканням відгалужень без перерви мштр ^ жи

Трансформатори з РПН, що випускаються вітчизняною промисловістю, дозволяють регулювати напругу ± 9- ± 16%. Регулювання здійснюється в шість - дев'ять ступенів. При переході з одного ступеня на дру¬гую, для того щоб не було розриву струму, контакти прі¬меняемого в цьому випадку перемикає пристрої в проміжному положенні повинні замикати два сосед¬ніх відгалуження (і частина обмотки, включеної між ні¬мі). Для обмеження струму короткого замикання тут застосовуються більш складні перемикаючі пристрої, що містять резистори або реактори (індуктивності).

На рис. 5.2 показана принципова схема переклю¬чающего пристрої з струмообмежуючими резисторами. Перемикання здійснюється швидкодіючим пере¬ключателем S і перемикачами 5Ь * 52. Перемикач S разом з резисторами R {і R2 монтується в спеціаль¬ном масляному баку. Перемикачі S {і 52 переводяться з одного положення в інше при відсутності струму. При показаному на рис. 5.3 положенні перемикачів транс¬форматор працює на відгалуженні Х2. Для переходу насоседнее відгалуження, наприклад на Х , перемикач S перекладається на відгалуження X ». Потім перемикач S, по¬ворачіваясь за годинниковою стрілкою, розриває контур 3 (см, рис. 5.2), з'єднує між собою контакти 4 і 7, при цьому послідовно з частиною обмотки між ответвле¬ніямі Х2 і Xi включаються токоограничивающие резісто¬ри R2 і Ri. При подальшому повороті перемикача за¬микаются між собою контакти 1, 2 до розривається кон¬такт 4. У цьому положенні перемикача трансформатор буде працювати на відгалуженні Х . Резистор Ri при цьому закорочен, і струм через нього проходити не буде. Весь про¬цесс перемикання автоматизований і відбувається в тече¬ніе сотих часток секунд'ь

Схема перемикача струмообмежувальним і послідовність його роботи наведена на рис. 5 5. Перемикання здійснюється перемикачами Si, S2 і вимикачами Qi і Q2. Розмиканню контактів пе¬реключателей Si, S2 передує їх відключення від мережі вимикачами Qb Q2. Перемикачі Si, S2 і реактор розміщуються в масляному баку трансформатора, а виклю¬чателі Qi, Q2 щоб уникнути забруднення олії - поза трансформатора.

Позиція на рис. 5,3. а відповідає роботі трансфор¬матора на відгалуженні позиція на рис. 5.3 ,: заносять у відомість обсягу робіт. Потім з транс- :: рматора зливають частину масла, демонтують прилади * gt; нтроля, захисту, автоматики та управління системою лажденія. Зняті прилади здають в лабораторію на ~: еверку. Далі знімають розширювач, предохранітель-- --е трубу, термосифонний фільтр і охолоджувачі. Сле-: ующімі операціями є строповка і виїмка тивной частини з бака. У трансформаторів І-IV габа-тів на кришці є підйомні кільця, з по¬лью яких кришка піднімається над баком разом

247

з активною частиною і встановлюється для ремонту на спеціальний деко. У потужних трансформаторів V-VII габаритів зі знімним кожухом, що має раз'¬ем біля основи трансформатора, активна частина обна¬жается при піднятті верхньої частини бака-дзвони. Але для цього необхідно попередньо злити масло, зняти болти з контактною частини вводів, відвести відводи убік і зняти вводи. Зняття вводів ПН з армірован¬нимі фланцями виробляють після від'єднання демпфе¬ров відводів НН через спеціальні люки. Після зняття вводів активна частина оглядається в баку і проверя¬ются кріплення. Розтин активної частини (підйом ко¬локола) здійснюють з великою обережністю, щоб не зачепити і не пошкодити активну частину. Ремонт актів¬ной частини виробляють на вирівняному настилі або на піддоні бака.

В обсяг робіт при капітальному ремонті трансфор¬матора входят;

огляд і чистка муздрамтеатру, промивка активної частини струменем гарячого масла з метою видалення отложе¬ній і шламу, перевірка і відновлення ізоляції стяж¬них шпильок і ярмових балок, підтяжка доступних стяжних шпильок. Перевірка заземлення муздрамтеатру і пресуючих деталей;

огляд і чистка обмоток і відводів. Перевірка состоя¬нія ізоляції обмоток. Перевірка якості пресування, відсутності деформацій і зсувів обмоток относітель¬но їх нормального положення. Подпрессовка обмоток за допомогою натискних гвинтів і пресуючих кілець (у трансформаторів, які не мають пресуючих кілець, под¬прессовка проводиться способом расклинивания обмо¬ток). Перевірка та ремонт ярмових ізоляції та ізоляції отводов;

огляд і перевірка перемикача відгалужень. Перевірка справності всіх механізмів перемикача РПН;

огляд, очищення та ремонт бака, розширювача, ви¬хлопной труби, радіаторів, термосифонного фільтру і воздухоосушитель із заміною в них сорбенту. Забарвлення бака;

огляд, чищення та ремонт вводів, заміна масла під вводах;

огляд, чищення та ремонт системи охолодження (насо¬сов, вентиляторів, охолоджувачів, арматури) ;

248