Лекции / Лекция 02 Конструкция трансформатора

Винтовая обмотка состоит из витков, которые составлены из нескольких (от 4 до 20) параллельных проводников прямоугольного сечения, расположенных в радиальном направлении один относительно другого. Намотка витков этой обмотки выполняется, как и у цилиндрической обмотки, по винтовой линии, имеющей один или несколько ходов, но при этом между соседними по высоте витками оставляют канал для охлаждения (рис. 1.22). В отдельных случаях для экономии места по высоте радиальные охлаждающие каналы могут быть сделаны через один виток. Общий вид этой обмотки показан на рис. 1.23.

ных последовательно катушек, намотанных по плоской спирали, с ра-

диальными охлаждающими каналами между всеми или частью катушек (рис. 1.25). Если виток состоит из одного проводника, то обмотка называется простой, а если он составлен из ряда параллельных проводников – параллельной. В параллельных спиральных обмотках необходимо применять транспозицию проводов.

Рис. 1.24. Принципиальная схема транспозиции в винтовой обмотке из шести параллельных проводов в витке

Катушки спиральных обмоток наматываются из прямоугольного провода имогут иметь целое и дробное число витков. Характерной особенностью спиральных обмоток является то, что ее катушки наматываются без разрыва провода, что достигается особым способом перекладки одной из катушек в каждой паре их. По этой причине они иногда называются непрерывными. Общий вид спиральной обмотки показан на рис. 1.26. Этот тип обмоток находит применение для обмоток ВН и НН в широком диапазоне напряжений (до 220 кВ и выше).

Важным элементом конструкции обмоток является их изоляция. Различают главную и продольную изоляцию.

Главной изоляцией называется изоляция данной обмотки от остова, бака и соседних обмоток. Осуществляется она посредством комбинации изоляционных промежутков и барьеров в виде электроизоляционных цилиндров и шайб. При небольших мощностях и низких напряжениях обмотки, намотанные на каркас, надеваются непосредственно на стержень сердечника.

Продольная изоляция является изоляцией между различными точками данной обмотки, т.е. между витками, слоями и катушками. Изоляция между витками обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода. Для междуслойной изоляции применяется кабельная бумага, укладываемая в несколько слоев. Междукатушечная изоляция обычно осуществляется радиальными каналами.

Конструкция изоляции трансформатора усложняется с ростом напряжения обмотки ВН и существенно влияет на его стоимость. Для трансформаторов класса напряжения 220 – 500 кВ стоимость изоляции достигает 25 % стоимости всего трансформатора.

Для выполнения обмоток трансформатора наряду с медными находят широкое применение алюминиевые провода.

Основным типом силового трансформатора является масляный трансформатор. Сухие трансформаторы применяются в установках производственных помещений, жилых и служебных зданий, т.е. там, где применение масляных трансформаторов вследствие их взрыво- и пожароопасности недопустимо. В сухих трансформаторах охлаждающей средой служит проникающий к обмоткам и магнитопроводу атмосферный воздух.

У масляного трансформатора выемная его часть, являющаяся по существу собственно трансформатором, погружается в бак с маслом (рис. 1.27). К выемной части относится остов с обмотками и отводами, а в некоторых конструкциях также и крышка бака. Масло, заполняющее бак, имеет двойное назначение. Оно имеет более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух, благодаря чему можно уменьшить

изоляционные расстояния между токоведущими и заземленными частями, а также между обмотками.

Кроме того, трансформаторное масло является лучшей охлаждающей средой, чем воздух. Поэтому в трансформаторе, заполненном маслом, можно увеличить электрические и магнитные нагрузки. Все это приводит к уменьшению расхода обмоточных проводов и электротехнической стали на изготовление трансформатора и уменьшению его габаритов.

Рис. 1.27. Масляный трансформатор:

1 – шихтованный магнитопровод; 2 – обмотка НН; 3 – обмотка ВН; 4 – трубчатый бак; 5 – термометр; 6 – переключатель регулировочных отводов обмотки ВН; 7 – ввод обмотки НН; 8 – ввод обмотки ВН; 9 – расширитель

Бак трансформатора. Бак обычно имеет овальную форму и для удобства транспортировки располагается на тележке с катками. С ростом мощности трансформатора конструкция бака видоизменяется. С возрастанием мощности потери, которые вызывают нагрев частей

охладителей. Тогда для более интенсивного отвода от охладителей применяется их обдув с помощью вентиляторов, что дает увеличение теплоотдачи на 50 – 60 %. В мощных трансформаторах применяется форсированное охлаждение масла. Масло из бака откачивается насосом, прогоняется через водяной или воздушный теплообменник и охлажденное вновь возвращается в бак трансформатора.

Иногда в целях пожарной безопасности бак трансформатора заполняется негорючим и не окисляющимся жидким диэлектриком – совтолом. Электрическая прочность и охлаждающие свойства этого диэлектрика практически не отличаются от таких же свойств масла. Применение совтола ограничивается более высокой по сравнению с маслом стоимостью и токсичностью его паров.

Расширитель. Он представляет собой цилиндрический резервуар, располагаемый выше крышки бака масляного трансформатора и соединяемый с баком трубкой и патрубком на крышке (рис. 1.29).

Рис. 1.29. Расширитель и выхлопная труба:

1 – указатель уровня масла; 2 – трубка для свободного обмена воздухом; 3 – пробка для заливки масла; 4 – грязеотстойник; 5 – выхлопная труба; 6 – бак трансформатора; 7 – газовое реле; 8 – кран для отсоединения расширителя

Внутренний объем расширителя составляет примерно 10 % объема бака трансформатора, так что при всех возможных колебаниях температуры масло полностью заполняет бак. Кроме того, при наличии расширителя открытая поверхность масла, соприкасающаяся с воздухом, уменьшается, что уменьшает его окисление и увлажнение. Этим достигается защита масла и изоляции трансформатора. Между

расширителем и баком трансформатора мощностью более 1000 кВ А устанавливается газовое реле, которое сигнализирует о повреждениях, приводящих к местному нагреву отдельных частей. В результате нагрева происходит разложение масла и изоляции, сопровождаемое выделением газов. Газы, поднимаясь в верхнюю часть бака по пути в расширитель, проходят через газовое реле, вытесняют из него масло и заставляют его сработать. По заказу потребителя газовое реле может устанавливаться также у трансформаторов мощностью 400 и 630 кВ А. Расширители устанавливаются во всех трансформаторах, начиная с мощности 25 кВ А при напряжении от 6,3 кВ и выше. Для трансформаторов меньшей мощности допускается колебание уровня масла внутри бака.

Выхлопная труба. Выхлопная труба представляет собой стальной, обычно наклонный полый цилиндр диаметром 150 мм и более. Внизу она прикрепляется к крышке и имеет сообщение с баком. Сверху труба закрывается стеклянной мембраной. Выхлопная труба 5 (рис. 1.29) устанавливаетсяна всех трансформаторах мощностью 1000 кВ А и выше и предназначается для предохранения бака трансформатора от деформации вследствие резкого повышения давления из-за интенсивного образования газов (например, при коротком замыкании). При резком повышении давления мембрана выдавливается раньше, чем произойдет повреждение бака.

Вводы. Вводы представляют собой изоляторы, внутри которых располагаются токоведущие медные стержни. Внутри бака к стержню подсоединяются концы обмотки трансформатора, а вне бака – токоведущие части сети. С увеличением напряжения трансформатора размеры вводов увеличиваются, а их конструкция усложняется (рис. 1.30). Вводы для трансформаторов, устанавливаемых внутри помещения, обычно имеют гладкую внешнюю поверхность, а устанавливаемых на открытом воздухе снабжаются ребрами.

Согласно ГОСТ, трансформаторы должны иметь приспособление для измерения температуры верхних слоев масла, а именно: а) трансформаторы мощностью до 750 кВ А снабжаются ртутными термометрами обычного типа или с сигнальными контактами; б) трансформаторы мощностью от 1000 кВ А и выше имеют термометрический сигнализатор, укрепляемый на боковой части бака на высоте около 1,5 м от днища трансформатора; в) трехфазные трансформаторы мощностью от 7500 кВ А и выше и однофазные трансформаторы мощностью 3333 кВ А и выше должны иметь дистанционный измеритель температуры масла для измерения со щита управления.

В трансформаторах большой мощности иногда предусматривается контроль за температурой обмотки об . В основном используют-

ся два метода измерения об : а) при помощи сопротивлений, встроен-

ных в обмотки, и б) при помощи тепловых моделей обмоток. Несмотря на интерес, представляемый этими способами, они не нашли широкого применения главным образом потому, что значительно усложняют конструкцию трансформатора.

Рис. 1.30. Вводы трансформаторов:

a– для внутренней установки; б – для наружной установки; в – маслонаполненный для напряжения 110 кВ; г – при больших токах

Газовое реле. Тепловая защита трансформатора осуществляется посредством тепловых реле в трансформаторах малой мощности и газовых реле в трансформаторах средней и большой мощности. Здесь мы опишем газовое реле, получившее весьма широкое распространение как один из самых активных способов защиты трансформаторов.

Идея газового реле основана на том, что всякий перегрев в трансформаторе действует разрушающим образом на изоляцию той части, где он происходит. В результате всегда появляется некоторое количество газообразных продуктов распада, выделяющихся с большей или меньшей скоростью в зависимости от интенсивности теплового процесса. Образующийся газ поднимается вверх и в нормальных условиях выходит через маслорасширитель в воздух. Газовое реле устанавливается как раз на пути газа между крышкой бака и маслорасширителем и имеет вид, схематически показанный на рис. 1.31.

В нормальном состоянии реле целиком заполнено маслом. При выделении в трансформаторе газа последний скапливается в верхней части резервуара А и постепенно понижает уровень масла. Вследствие этого поплавок В1 опускается и в неко-

торый момент замыкает цепь с сигнальным приспособлением. Об интенсивности происходящего процесса можно судить по быстроте вытеснения масла из резервуара А, для че-

го в боковой стенке последнего сделано окошечко с нанесенными на нем делениями. Большое значение имеет также цвет газа; так, например, светлый оттенок газа говорит о разрушении бумаги, желтоватый – дерева, темный – масла. В случае надобности можно сделать анализ газа, взяв некоторое количество его через кран в крышке резервуара.

В том случае, когда процесс газовыделения носит интенсивный характер, поток газа, наклонив поплавок В2 , замыкает цепь управле-

ния масляного выключателя. Таким образом, газовое реле не только предупреждает о готовящейся аварии, но и выключает трансформатор, если авария происходит неожиданно.

Чувствительность газового реле весьма велика. Оно начинает сигнализировать о неблагополучии в трансформаторе очень рано. С другой стороны, оно просто, дешево и надежно в работе.

Для изменения числа витков обмотки ВН в целях регулирования напряжения предусматривается переключатель, размещенный внутри бака. Рукоятка этого переключателя выводится на крышку или стенку бака трансформатора.

На крышке и стенках бака устанавливаются различные пробки и краны, предназначенные для заливки, спуска и отбора пробы масла.