Лабораторная работа №3 Силовые трансформаторы.

Цель: научиться выбирать трансформаторы.

Подготовка к работе:

1. Пройти инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.

2. Ознакомиться с описанием работы.

3. Ознакомиться с конструкцией трансформатора.

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — электрический аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока (ГОСТ Р52002-2003).

Таблица 1 – Габариты трансформаторов

Габариты	Мощность, кВА		Напряжение, кВ
	от	до	от	до
1	4	100 включительно	0	35 включительно
2	100	1000 включительно	0	35 включительно
3	1000	6300 включительно	0	35 включительно
4	6300	любая	0	35 включительно
5	4	32000 включительно	35	110 включительно
6	32000	80000 включительно	35	110 включительно
6	4	80000 включительно	100	330 включительно
7	80000	200000 включительно	35	330 включительно
8	200000	любая	35	330 включительно
8	любая	любая	330	любая

1. Основные элементы оборудования

Трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы обмоток, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства. Конструктивная схема масляного трансформатора представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – конструктивная схема масляного трансформатора: 1 – выхлопная труба, 2 – газовое реле, 3 – ввод НН, 4 – ввод ВН, 5 – обмотки высшего и низшего напряжений, 6 – радиаторы системы охлаждения, 7 – магнитопровод, 8 – кран для слива масла, 9 – тележка с катками, 10 – бак, 11 – устройство регулирования под нагрузкой (РПН), 12 – термосифонный фильтр, 13 – воздухоосушитель, 14 – указатель уровня масла, 15 – расширитель, 16 – соединительная трубка.

В магнитной системе трансформатора проходит магнитный поток. Магнитопроводявляется конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполнен из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. В настоящее время применяется холодокатанная сталь марок 3405, 3406, т.е. сталь с определенной ориентацией зерен, допускающая индукцию до 1,7 Тл. Применение такой стали позволяет значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большой допустимой магнитной индукции , а также диаметр витков обмотки, массу и габаритные размеры трансформаторов. Для листов трансформаторной стали широко применяется изоляция лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Лаковая пленка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке.

Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки ВН и НН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рисунок 2, а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рисунок 2, б). Такая обмотка применяется для специальных электропечных трансформаторов и для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Рисунок 2 - Обмотки трансформатора: а) концентрические, б) чередующиеся.

Изоляция трансформатора очень важна, т.е. надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции. В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом. В сухих трансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкостью на основе кремнийорганических материалов.

В бак трансформатора помещают активную часть вместе с отводами и переключающими устройствами для регулирования напряжения. Основные части бака -стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других элементов. На стенках бака укрепляют охлаждающие устройства - радиаторы.

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Объем расширителя составляет 9... 10 % объема масла в трансформаторе и системе охлаждения. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема которого при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровню масла в расширителе, при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него. Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Дл^ предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикагелевыйвоздухоосушителъ(рисунок 3). Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. Силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается. Для предотвращения этого применяют герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняют инертным газом (азотом), поступающим из специальных эластичных емкостей (рисунок 4). Возможно также применение специальной пленки-мембраны в расширителе на границе масло-воздух.

Выхлопная (предохранительная) труба на крышке бака защищает его от разрыва при интенсивном выделении газа во время крупных повреждений внутри трансформатора (короткого замыкания). Верхний конец выхлопной трубы герметично закрывается диафрагмой из тонкого стекла или медной фольги. При взрывоопасных выделениях газа диафрагма разрушается, давление в баке понижается, что и предохраняет его от деформации. Верхняя полость выхлопной трубы и воздушное пространство над поверхностью масла в расширителе соединены трубкой. Это необходимо для выравнивания давлений с обеих сторон диафрагмы при изменении объема маслав нормальных эксплуатационных условиях.

Вместо выхлопной трубы в настоящее время находят применение механические пружинные предохранительные клапаны, устанавливаемые на верхней части стенки трансформатора. Клапан срабатывает при повышении давления в баке до 80 кПа и закрывается при давлении ниже 35 кПа.

Маслоуказатель служит для контроля уровня масла в трансформаторе.Применяются плоские и трубчатые стеклянные маслоуказатели, работающие по принципу сообщающихся сосудов. На шкале маслоуказателя нанесены три контрольные риски, соответствующие уровням масла в неработающем трансформаторе при температурах -45, +15, +40 °С. В корпус маслоуказателя встроен также специальный герметичный контакт (геркон), подающий сигнал в случае недопустимого понижения уровня масла в трансформаторе.

Термосифонный фильтр крепится к баку трансформатора и заполняется силикагелем ли другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции за счет разности плотностей горячего и холодного масла происходит непрерывная его регенерация. Адсорбент может служить как силикагель, так и активный оксид алюминия, алюмагель и др. Адсорбенты удерживают воду в своих порах, не вступая с ней в химическое соединение. Насыщенный водой адсорбент заменяется, а использованный регенерируется нагреванием до определенной температуры (400 ... 500 °С). Для индикации насыщения силикагеля в него добавляют хлористый кобальт (около 3%). Примесь хлористого кобальта придает составу голубую окраску. Появление розовой окраски является признаком насыщения состава водой.

Рисунок 3 - Воздухоосушитель: 1 - стенка бака, 2 - труба для присоединения воздухоосушителя, 3 - соединительная гайка, 4 - смотровое окно патрона с индикаторнымсиликагелем, 5 - масляный затвор, 6 - указатель уровня масле в затворе

Количество адсорбента, засыпаемого в термосифонный фильтр трансформатора, составляет около 1% залитого в него масла.

Для очистки масла в раблтающем трансформаторе, находящемся под напряжением, часто используются передвижные адсорбенты (рисунок 5 и 6). Расход масла в них составляет 250.. .400 л/ч.

Для предупреждения окисления масла кроме фильтров и азотной защиты применяются антиокислительные присадки, способствующие поддержанию качества масла длительное время и защищающие другие изрляционные материалы трансформатора. Одной из лучших присадок является 2,6-дитретичный бутилпаракрезол, имеющий название ДБПК.

Рисунок 4 - Схемы конструктивного выполнения азотной защиты масла в трансформаторах: а - система с переменным давлением азота над поверхностью масла, б -система с нормальным атмосферным давлением азота и эластичным резервуаром, 1 - бак трансформатора, 2 - эластичный резервуар, 3 - козлы для подвешивания резервуара

Рисунок 5 - Передвижной адсорбер для регенерации масла: 1 - кран для выпуска воздуха, 2 - выход масла, 3 - фильтрующее устройство, 4 - цапфы для поворота корпуса, 5 - корпус адсорбера, 6 - зернистый адсорбер, 7 - перфорированное дно с сеткой, 8 - вход масла

Рисунок 6 - Схема установки для регенерации масла в трансформаторе, находящемся в работе: 1 - трансформатор, 2 - подогреватель, 3 - адсорбент, 4 - фильтр-пресс

Антиокислительной присадок может также служить пирамидон (технический) в количестве 3% от массы масла.

Срок службы масла с антиокислительными присадками увеличивается в 2-3 раза, стоимость их относительно небольшая, уход намного проще, чем за другими видами защиты масла. Добавку присадок производят раз в 4.. .5 лет.