Лекция 1. Силовые трансформаторы

Для увеличения магнитной проводимости сердечника и уменьшения потерь в стали обычно сечение ярма превышает на 10—15% сечение стержня.

Поле рассеяния, как было сказано, замыкается через ферромагнитные части конструкции, расположенные вблизи обмоток. Таковыми являются стенки бака трансформатора, прессующие элементы стержней магнитопровода и крайние пакеты активной стали, ярмовые балки и прессующие кольца обмоток, и некоторые другие. Из-за местных концентраций напряженности магнитного поля возникают местные нагревы, достигающие высоких значений, что приводит к местным перегревам и разложению масла. Особенно нежелательны вихревые токи в баке с нижним разъемом. Поскольку в разъеме части бака не соприкасаются, ток может проходить только через стяжные болты разъема; отдельные болты в таких случаях могут нагреваться чрезвычайно сильно.

Чтобы исключить нежелательные перегревы, стенки бака мощных трансформаторов изнутри имеют шунты (пакеты, набранные из полос электротехнической стали). Крайние пакеты стержней магнитопровода, через которые поток рассеяния проходит в перпендикулярном направлении, в процессе работы трансформатора также способны сильно нагреваться вихревыми потоками, и местные нагревы могут достичь недопустимых пределов. Такому же нагреву подвержены стяжные пластины, связывающие верхние и нижние ярмовые балки у бесшпилечной конструкции магнитопровода. Прессующие кольца обмоток, изготовленные из конструктивной стали, и нижние ярмовые балки также являются узлами сосредоточения потерь и тем самым опасных перегревов.

Рис. 7. Прессовка сердечника: а — деревянными планками; б — стальными шпильками 1 — изоляционный цилиндр, 2 — деревянная планка, 3 — деревянный стержень, 4 — стальная шпилька, 5 — изоляционная трубка

Прессовка пакетов стержней в трансформаторах малой и средней мощности осуществляется при помощи деревянных планок, забиваемых между стержнем и изоляционным цилиндром, на котором намотана катушка обмотки (рис. 7, а). В трансформаторах большой мощности (более 1000 кВА на стержень) пакеты стержня стягиваются одним или двумя рядами стальных шпилек, изолированных относительно стержня трубками и шайбами из слоистого пластика — гетинакса или текстолита (рис. 7, б). Стяжка ярем осуществляется деревянными или стальными балками.

 

В последнее время для однофазных трансформаторов мощностью до 500 кВа и для трехфазных трансформаторов малой мощности применяют сердечники, намотанные из стальной ленты (рис. 8).

Рис. 8. Трансформатор с намотанным сердечником

Обмотки трансформаторов. По взаимному расположению обмоток высшего и низшего напряжения и способу их размещения на стержнях различают обмотки концентрические и чередующиеся.

Концентрические обмотки имеют форму цилиндров различных диаметров, ближе к стержню обычно располагается обмотка низшего напряжения и снаружи обмотка высшего напряжения. Такое расположение обмоток облегчает выполнение изоляции, Концентрические обмотки получили наибольшее распространение во всех стержневых трансформаторах и броневых трансформаторах малой мощности. Их разновидностью являются двойные концентрические обмотки, когда обмотка высшего напряжения располагается между двумя слоями обмотки низшего напряжения. Такие обмотки имеют меньший поток рассеяния, но изоляция их значительно сложнее.

Рис. 9. Цилиндрическая двухслойная обмотка.

Рис. 10. цилиндрическая многослойная обмотка

Рис. 11. Цилиндрическая винтовая обмотка

Основными составляющими частями масляного трансформатора не считая активную часть являются:

Бак, расширитель и охлаждающее устройство. Бак масляного трансформатора представляет собой резервуар для масла, внутри которого устанавливается активная часть трансформатора. Бак является также опорной конструкцией, на которой устанавливаются все основные узлы трансформатора (навесная система охлаждения, вводы совместно с трансформаторами тока, устройства регулирования напряжения, расширитель и т.д.). Форма и размеры баков в плане и по высоте определяются конфигурацией и размерами активной части трансформатора с учетом необходимости размещения вводов, переключателей, отводов и др. Требования к транспортабельности также значительно влияют на форму баков, так как вместе с транспортером он должен вписываться в соответствующий железнодорожный габарит. В целях максимального снижения грузоподъемности подъемных средств на подстанции современная конструкция бака в зависимости от веса активной части предусматривает для ее выемки верхний или нижний разъем бака. При нижнем разъеме (как правило, у мощных трансформаторов) нет необходимости поднимать для осмотра активную часть. Для производства ремонтных работ на активной части достаточно поднять верхнюю съемную часть (колокол), вес которой не превышает 10-15 % полного веса трансформатора. Уплотнение разъема обеспечивается резиновыми прокладкам (одной или двумя параллельно расположенными прокладками). Нажатие уплотнения достигается болтовым соединением.

Рис. 12. Трансформатор с трубчатым баком 1 — обмотка высшего напряжения, 2 — обмотка низшего напряжения, 3 — переключатель регулируемых отводов обмотки высшего напряжения, 4 — балка, прессующая ярмо, 5 — сердечник, 6 — отводы обмотки высшего напряжения, 7 — отводы обмотки низшего напряжения, 8 — патрубок для присоединения вакуумного насоса, 9 — кольцо для подъема выемной части, 10 — кран для заливки масла, 11 — ввод обмотки высшего напряжения, 12 — ввод обмотки низшего напряжения; 13 — привод переключателя, 14 — выхлопная труба, 15 — расширитель, 16 — газовое реле, 17 — трубчатый бак, 18 — кран для спуска масла, 19 — ролик, 20 — вертикальная стяжная шпилька, 21 — упорный угольник на дне бака

В эксплуатации нашли широкое применение автотрансформаторы напряжением 220 кВ и выше, причем изготовляются, как правило, трехобмоточные автотрансформаторы, т.е. такие, у которых кроме обмоток, связанных электрически, имеется обмотка, связанная магнитно. Обычно это обмотка низшего напряжения, предназначенная либо для присоединения генератора (на электростанциях) или синхронного компенсатора (на подстанциях), либо для питания местных потребителей на напряжениях до 35 кВ. Широкое распространение автотрансформаторов объясняется экономическими выгодами — в основном меньшими затратами материалов при их изготовлении по сравнению с трансформаторами той же мощности.

Рис. 13. Принципиальная схема автотрансформатора и токи в нем

Это объясняется тем, что в обмотке СН (общей обмотке) автотрансформатора с числом витков w2 (рис. 14) протекает не ток стороны CH I2, а разность токов где IOO — ток общей обмотки; I1 — ток стороны ВН. Благодаря этому сечение медных проводников общей обмотки снижается. Это снижение принято характеризовать коэффициентом выгодности а:

где К = U1/U2 -коэффициент трансформации ВН/СН.

В свою очередь обмотка ВН (а по строгой терминологии последовательная обмотка или ПО) имеет неполное число витков w1 вместо полного числа витков w1 = w’1 + w2 благодаря тому, что часть напряжения — ВН — создается непосредственно электрическим соединением ПО и ОО. В обмотке ВН (ПО) получается тот же коэффициент выгодности:

Термины «обмотка ВН», «обмотка СН» использованы в документации старых автотрансформаторов, а в новых — термины «общая обмотка», «последовательная обмотка».

Рис. 14. Расположение обмоток в понижающем (а) и повышающем (б) автотрансформаторах: 1 — последовательная обмотка (обмотка ВН); 2 — общая обмотка (обмотка СН); 3 — обмотка НН

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *