Устройство силового трансформатора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УСТРОЙСТВО И МОНТАЖ

СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                           

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСФОРМАТОРАХ

 

2. УСТРОЙСТВО СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

              а) магнитопровод;

         б) обмотки;

         в) переключатели;

         г) бак;

         д) крышки бака;

 

3. МОНТАЖ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
5. ЛИТЕРАТУРА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСФОРМАТОРАХ

 

В настоящее время энергетика во всем мире переходит в качественно новое состояние – энергетику информатизированную, отличающуюся более высокими показателями в отношении качества энергии, производительности труда, экономичности при высокой надежности. Информатизированной энергетики присуща информационная инфраструктура, позволяющая решать среди всего комплекса задач, прежде всего, задачи управления, защиты и автоматики электроэнергетических объектов.

Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, основанный на явлении взаимоиндукции и предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но той же частоты.

Другими словами, трансформатор – это статистическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индукционно 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 переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

Работа трансформатора основана на применении электромагнитной индукции, заключающемся в том, что при изменении во времени магнитного поля, пронизывающего проводящий контур, в последнем, наводится (индуцируется) электродвижущая сила.

Силовые трансформаторы в зависимости от мощности и напряжения условно делятся на восемь габаритов:

• К нулевому габариту относят трансформаторы мощностью до 5 кВА включительно;
• Мощностью свыше 5кВА – до 100 кВА напряжением до 35 кВ (включительно) к 1 габариту;
• Выше  100 до 1000 – ко 2;
• Выше 1000 до 63000 – к 3;
• Выше 6300 – к 4;
• Напряжением выше 35 до 110 кВ (включительно) и мощностью до 32000 кВА – к 5 габариту и т.д.

Для отличия по конструктивным признакам, назначению, мощности и напряжению их подразделяют на типы. Каждому типу трансформаторов присваивают обозначение, состоящее из букв и цифр.

В зависимости от назначения силовые трансформаторы могут быть повышающими или понижающими. В первом случае они служат для преобразования низшего напряжения в высшее, во втором случае трансформаторы предназначены для понижения напряжения сети или системы до напряжения нижней ступени электропередачи, либо до рабочего напряжения электроустановки.

 

УСТРОЙСТВО

СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

 

Силовой трансформатор (рис.1) представляет собой статический (не имеющий вращающихся частей) аппарат, при помощи которого переменный ток одного напряжения превращают в переменный ток другого напряжения.

Трансформаторы применяются в энергосистемах при передаче электроэнергии от электростанций к потребителям, в различных электроустановках (нагревательных, сварочных, выпрямительных), системах автоматики и телемеханики, счетно-решающих устройствах, устройствах радио и связи.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Однофазный двухобмоточный трансформатор состоит из трех основных частей: магнитопровода и двух обмоток.

Трансформирование трехфазного тока можно осуществить тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу. Однако чаще всего для этого применяют трехфазные трансформаторы, состоящие из трехстержневого магнитопровода, на каждом стержне которого располагают первичную и вторичную обмотки одной фазы.

На современных промышленных предприятиях чаще всего используется трехфазный силовой трансформатор.

Все силовые трансформаторы имеют принципиально одинаковое     устройство и различаются по  конструкции отдельных деталей и сборочных единиц, габаритным размерам, наличию или отсутствию отдельных устройств и приборов (расширителей, радиаторов, газовых реле и т. д.). Составными частями масляного трансформатора являются: остов обмотки, переключающее устройство, вводы, отводы, изоляция,      бак, охладители, защитные  и           контрольно-измерительные устройства.

 

 

 

 

Рис. 1   Силовой  трехфазный   масляный  трансформатор:

 

1 — корпус бака, 2 — циркуляционные трубы, 3 — крышка, 4 — термометр, 5 — подъемное кольцо,      6 — переключатель регулирования напряжения, 7 — ввод обмоток НН, 8 — ввод обмоток ВН, 9 - пробка отверстия для заливки масла, 10 — маслоуказатель, 11 — пробка расширителя, 12 — расширитель,       13 — патрубок, соединяющий расширитель с баком, 14 — горизонтальная прессующая шпилька,          15 — вертикальная подъемная шпилька, 16 — магнитопровод, 17 — обмотка НН, 18 — обмотка ВН,     19 — маслоспускная пробка, 20 — ярмовая балка, 21 — вертикальная стяжная   шпилька,   22 — катки

 

Магнитопровод

Конструкция, включающая в  собранном виде магнитную систему со всеми деталями, служащими для ее крепления, называется остовом трансформатора. Комплекс пластин, изготовленных из электротехнической стали и собранных в определенной геометрической форме, предназначенной для концентрации основного магнитного поля трансформатора называется магнитной системой трансформатора, то есть магнитопроводом.

 Магнитопровод представляет  собой прямоугольную конструкцию, состоящую из трех вертикальных  стержней, связанных верхним и  нижними ярмами. Магнитопроводы  собирают из штампованных пластин  толщиной 0,35 или 0,5 мм электротехнической стали: горячекатаной, холоднокатаной текстурованной или холоднокатаной малотекстурованной.

Для  уменьшения потерь вихревых токов пластины активной стали                                                                 

магнитопровода изолируют друг от друга  электроизоляционным лаком или специальной бумагой толщиной 0,033 мм. 

      2   3        4           5     6            7

 

 

Рис. 2 Стержневой  магнитопровод двух-обмоточного  силового трансформатора мощностью 1800 ква:

1 — стержень магнитопровода, 2 и 12 — верхнее и нижнее ярма, 3 — ярмовые балки верхнего  ярма, 4 и 5 — горизонтальная и  вертикальная прессующие шпильки  ярма, 6 — изолирующая прокладка, 7 — отверстия для подъемных  шпилек, 8 — горизонтальная прессующая шпилька стержня магнитопровода, 9 — изоляционная трубка, 10 — стальная пластине, 11 — деревянная  плавка,   13 — ярмовые балки нижнего ярма.

 

Стержни магнитопроводов силовых       трансформаторов мощностью до  750 кВА собирают без   горизонтальной   стяжки   шпильками,   а   более   мощных трансформаторов - с горизонтальной стяжкой стержней шпильками.  Верхнее и нижнее  ярма плотно и равномерно спрессованы при помощи ярмовых балок и горизонтальных прессующих шпилек. В ярмовых балках имеются отверстия, которые предназначены для закрепления в них шпилек при подъеме сердечника для ревизии или ремонта.

Чтобы устранить местные нагревы магнитопровода и снизить потери от вихревых токов, горизонтальные прессующие и стяжные шпильки, вертикальные шпильки и ярмовые балки надежно изолируют от активной стали и друг от друга. Изоляцию этих деталей осуществляют при помощи бумажно-бакелитовых трубок и электрокартонных прокладок.

Магнитопровод и обмотки составляют сердечник, так называемую выемную часть трансформатора. Сердечник устанавливают на дно бака. Чтобы придать сердечнику устойчивость и рассредоточить нагрузку на дно бака, к нижним ярмовым балкам магнитопроводов мощных трансформаторов прикрепляют деревянные планки  из дуба или бука и стальные пластины.

 

Обмотки

Наиболее ответственной и часто повреждающейся частью трансформатора являются его обмотки. В масляных трансформаторах малой и средней мощности применяют обмотки, выполненные из медных или алюминиевых проводов. Обмотки трансформаторов отличаются разнообразием конструкций, однако, наибольшее распространение в трансформаторах 1—3-го габаритов получили цилиндрические непрерывные обмотки, выполненные круглыми или прямоугольными проводами. Цилиндрические обмотки являются наиболее простыми; их выполняют плоскими или круглыми обмоточными проводами в виде одно-, двух- или многослойных катушек.

В качестве обмоток высшего напряжения (обмоток ВН) в трансформаторах мощностью до 560 кВА при классах напряжения 6—35 кВ применяют многослойные цилиндрические обмотки. Эту обмотку (рис. 3, б) выполняют круглым проводом, который наматывают на бумажно-бакелитовый цилиндр. Между соседними слоями проводов прокладывают по несколько листов кабельной бумаги. При большом числе слоев обмотку для лучшего отвода тепла выполняют в виде двух катушек, между которыми образуют вертикальный канал при помощи планок из сухого бука, дуба или нескольких слоев склеенных полосок электрокартона. Многослойная обмотка проста в изготовлении, но не обладает достаточной механической прочностью при осевых усилиях. Чтобы придать обмотке большую механическую прочность ее бандажируют киперной или тафтяной лентой по всей длине в направлении витков, а затем пропитывают глифталевым лаком и запекают при 80-1000 С.

 

а)                                     б)                                   в)

 

Рис. 3. Конструкции обмоток силовых трансформаторов:

а — двухслойная   цилиндрическая,   б — многослойная цилиндрическая,   в — непрерывная;   1 — выравнивающие   кольца,    2 — электрокартонная коробочка для усиления изоляции крайних витков, 3 — охлаждающий канал, образованный планками между наружным и внутренним слоями обмотки, 4- буковая планка, 5 — ответвления   для   регулирования  напряжения,   6 — электрокартонные  прокладки,   образующие горизонтальные   каналы,    7 — опорное   изоляционное   кольцо,    8 — бумажно-бакелитовый цилиндр

 

В мощных трансформаторах (750 кВА и выше) широко применяют непрерывные обмотки,  состоящие из  последовательно соединенных между  собой секций   (катушек),   намотанных  плоскими   проводами (рис 3, в).

Непрерывные обмотки обладают монолитностью и высокой механической прочностью и поэтому применяются для обмоток НН, так и для обмоток ВН.

 

Переключатели

Переключатели представляют собой контактные устройства, при помощи которых осуществляют переключение ответвлений обмоток и изменение, таким образом, коэффициента трансформации посредством изменения числа витков обмотки ВН. Такие переключения осуществляют в целях регулирования напряжения трансформатора. Трансформаторы мощностью до 1000 кВА имеют три ступени регулирования напряжения: +5%; номинал и —5%, а от 1600 до 5600 кВА — пять ступеней: +5%, +2,5%, номинал, —2,5%, —5%.

В трансформаторах мощностью до 100 кВА и напряжением 6 кв, не имеющих расширителей, применяют переключатели ТПСУ-9-120/6, а в трансформаторах мощностью 100-1000 кВА напряжением 10 кв — переключатели ТПСУ-9-120/11 и ТПСУ-9-120/10, которые отличаются от переключателей ТПСУ-9-120/11 более совершенной конструкцией контактов. В трансформаторах мощностью до 1000 кВА, напряжением 35 кв используют переключатели 3-50/35, в трансформаторах 3-го габарита — однофазные переключатели барабанного типа.

Переключатель ТПСУ-9-120/6 устанавливают на ярмовых балках выемной части, а ТПСУ-9-120/11 крепят к крышке бака трансформатора. Эти переключатели имеют почти аналогичную конструкцию и состоят из гетинаксовой плиты с впрессованными в нее контактами, вала с подвижными сегментными контактами и рукоятки с фиксирующим устройством.

Регулирование напряжения переключателями ТПСУ осуществляют поворотом рукоятки в соответствующую сторону на 120°. Каждое положение переключателя фиксируется специальным устройством — фиксатором.

 

 

 

Рис. 4. Переключатель  отводов обмоток для регулирования      напряжения      трансформаторов     типа ТПСУ-9-120/10:

1 — указатель положения переключателя, 2 — колпак привода, 3 — стопорный болт, 4 —фланец, 5 — крышка трансформатора, 6 — резиновое уплотнение, 7 — болты для крепления цилиндра, 8 — бумажно-бакелитовый цилиндр, 9 •— фланец цилиндра, 10 — бумажно-бакелитовая трубка, 11 — коленчатый вал, 12 — сегментный контакт, 13 — неподвижный контакт с болтом

 

Для перевода переключателя из одного положения в другое нажимают на рукоятку и повертывают ее в требуемую сторону (у переключателей ТПСУ-9-120/6) или отвертывают фиксирующий болт и после этого повертывают рукоятку колпака  так, чтобы имеющаяся на нем стрелка указывала на цифру соответствующей ступени (у переключателей ТПСУ-9-120/10 и ТПСУ-9-120/11).

Переключатель 3-50/35 аналогично переключателям других типов.

Переключатели    барабанного   типа     имеют  более сложную конструкцию, чем    переключатели  ТПСУ.

 

Бак

Магнитопровод с обмотками помещен в металлический бак, который служит резервуаром для охлаждающего масла, предохраняет находящиеся внутри него детали от повреждений, а также образует поверхность охлаждения, необходимую для лучшего отвода тепла от трансформатора.

Баки трансформаторов отличаются многообразием конструкций, которые определяются главным образом мощностью и условиями работы трансформатора. Чем больше мощность трансформатора, тем большее количество тепла должны отводить стенки бака и, следовательно, тем большей должна быть поверхность охлаждения бака.

Баки трансформаторов выполняют в виде сварных резервуаров прямоугольной или овальной формы. Они бывают гладкими, ребристыми, трубчатыми и радиаторными.