книги из ГПНТБ / Китаев, В. Е. Трансформаторы учеб. пособие

имеет плоское дно, к которому болтами крепят раму верхней части бака. Бак с двумя разъемами (рис. 46, е) имеет съемную среднюю часть.

Ес^и на подстанции установлен трансформатор с верхним разъ­ емом бака, то необходимо иметь подъемный кран или лебедку, грузоподъемность которых должна соответствовать весу активной

устройств и трансформаторы помещают в гладкие баки, через стен­ ки которых происходит теплоотдача.

В более мощных масляных трансформаторах для увеличения охлаждающей поверхности широко применяют трубчатые баки (рис*. 47). Стальные трубы диаметром 30—60 мм располагают вер­ тикально, параллельно стенке бака. Концы труб изгибают и вва­ ривают в верхнюю и нижнюю части стенки. Для увеличения по­ верхности охлаждения трубы на стенках бака располагают в два ряда. Применяют трубчатые баки, у которых трубы расположены в три и четыре ряда, а также баки с трубами овального сечения.

В трансформаторах большой мощности (более 1600 ква) трубы объединяют группами в отдельные охладители — радиаторы Дрис. 48). В современных конструкциях применяют баки с прямо­ трубными радиаторами.

На гидроэлектростанциях, где имеется достаточное количество проточной воды, устанавливают трансформаторы с искусственным водомасляным охлаждением. В таких трансформаторах нагретое масло при помощи насоса пропускают через водяной маслоохла­ дитель.

90

В трансформаторах большой мощности для усиления процесса теплоотдачи, каждый радиатор обдувают отдельным вентилятором. Для трансформаторов очень большой мощности иногда применя­ ют искусственное воздушно-масляное охлаждение, при котором

нагретое масло при помощи насоса пропускается через вынесенный охладитель, обдуваемый воздухом.

В процессе работы трансформатора изменяется его температу­ ра, что приводит к изменению уровня масла. У трансформаторов

Рис. 49. Расширитель:

мощностью до 63 ква допускается колебание уровня масла в баке. Баки трансформаторов больших мощностей и высоких напряжений снабжают расширителями (рис. 49), представляющими собой ци­ линдрический сосуд из листовой стали, устанавливаемый над крышкой бака и соединяющийся с баком патрубком. Колебания

91

уровня масла вследствие изменения температуры происходят лишь в расширителе. Для контроля температуры масла трансформатора служит термометр, который устанавливают на крышке бака в спе­ циальной металлической оправе.

Для вывода концов обмоток из бака трансформатора наружу на крышках бака размещают вводы. Они должны обеспечивать изоляцию токоведущего стержня от заземленной крышки бака как

со стороны масла, так и со стороны воздуха. Вводы трансформато­ ров, устанавливаемых внутри помещений, имеют гладкую наруж­

ребром оставалась сухой во время дождя.

Снижение уровня масла грозит серьезной аварией, так как при конструировании трансформатора все изоляционные расстояния выбирают, исходя из электрической прочности масла. Если же вместо масла окажется воздух, электрическая прочность которого сравнительно мала, то неизбежны пробой изоляции и выход транс­ форматора из строя. Для предотвращения этого в нижней части расширителя устанавливают реле низкого уровня масла, имеющее поплавок, механически связанный с ртутным выключателем. Когда уровень масла становится ниже допустимого, поплавок опускается и контакты ртутного выключателя замыкают сигнальную цепь.

92

Г Л А В А 9

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ИЗОЛЯЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

/

§32. ИЗОЛЯЦИЯ в ТРАНСФОРМАТОРАХ

Втрансформаторах токоведущая система состоит из обмоток, переключателей ступеней напряжения, отводов от обмоток и вво­ дов. Между отдельными элементами токоведущей системы имеют­ ся провода, по которым также протекает ток и которые находятся под напряжением. В масляных трансформаторах обмотки, пере­ ключатели, отводы и провода, соединяющие их, находятся внутри бака, залитого маслом. Вводы (проходные изоляторы) служат для

подачи напряжения извне на токоведущие части трансформатора и частично размещаются вне бака. Поэтому изоляцию трансфор­ матора можно разделить на в н у т р е н н ю ю (в масле) и в н е ш­ нюю (в воздухе).

Внутреннюю изоляцию подразделяют на главную и продоль­ ную. Главная изоляция представляет собой изоляцию обмотки от заземленных частей, от других обмоток и от обмоток других фаз (междуфазная изоляция). Продольной изоляцией является изоля­ ция между различными точками данной обмотки (между витками, слоями, катушками и элементами емкостной защиты). Аналогич­ но подразделяется изоляция отводов, переключателей ступеней на­ пряжения и внутренняя изоляция в масле вводов.

Всухих трансформаторах изоляцию разделяют на главную и продольную.

Впроцессе работы трансформатора его изоляция подвергается электрическим, тепловым, механическим и физико-химическим воз­ действиям.

Впроцессе эксплуатации трансформатор постоянно находится

пряжение изоляция должна выдерживать неограниченно долгое время без каких-либо повреждений. В электрической системе могут возникать кратковременные перенапряжения вследствие коммута­ ционных (включение и выключение больших мощностей и др.) и аварийных процессов (обрыв линии, короткое замыкание и т. д.). Перенапряжения в отдельных случаях могут достигать величины четырехкратного, фазного напряжения, а их длительность не превы­ шает 0,1 сек. Как номинальное рабочее напряжение, так и перена­ пряжения коммутационного и аварийного характера воздействуют в основном на главную изоляцию обмотки.

95

В воздушных сетях возникают перенапряжения от грозовых ат­ мосферных разрядов. В отдельных неблагоприятных случаях ат­ мосферные перенапряжения могут достигать величины десятикрат­ ного значения фазного напряжения при очень малой длительности (несколько микросекунд). Атмосферные перенапряжения воздей­ ствуют в основном на продольную изоляцию трансформатора.

В случаях недостаточной электрической прочности возникнове­ ние перенапряжения может вызывать пробой изоляции, т. е. мест­ ное ее разрушение. При многократном воздействии перенапряже­ ний электрическая прочность изоляции несколько снижается, так что в дальнейшем пробой может произойти при напряжении, кото­ рое не разрушает изоляцию в случае однократного воздействия.

Как было показано выше, обмотки и все токоведущие части трансформатора нагреваются при его работе от возникающих в них потерь. В о з д е й с т в и е в ы с о к и х т е м п е р а т у р на изоля­ цию трансформатора вызывает ее старение, вследствие чего она постепенно теряет эластичность, становится хрупкой, разрушается и снижает электрическую прочность. При правильной эксплуата­ ции масляного трансформатора, когда температура изоляции об­

щает срок службы трансформатора примерно в два раза.

Старение изоляции обмоток вызывается как длительным, так и кратковременным воздействием высоких температур, поэтому дли­ тельность перегрузок и коротких замыканий трансформаторов ограничивается (ГОСТ 11677—65). Допускаются следующие крат­ ковременные перегрузки сверх номинальной нагрузки: 30% в тече­ ние 2 ч, 45% — 80 мин, 60% — 45 мин, 75% — 20 мин, 100% — 10 мин, 200% — 1,5 мин.

Длительность протекания тока короткого замыкания в секун­

матора выражаются в том, что при протекании тока по проводам обмоток и других токоведущих частей между отдельными обмот­

96

ками и между проводами одной обмотки возникают механические усилия. При номинальных токах в обмотках эти усилия настолько малы, что не оказывают заметного воздействия на обмотки и их изоляцию. Но при коротких замыканиях механические усилия вы­ зывают разрушения и деформацию обмоток и их изоляции. Со­ гласно ГОСТ 11677—65 трансформаторы должны выдерживать без повреждений и остаточных деформаций внезапные короткие замы­ кания на зажимах вторичной обмотки.

Ф и з и к о - х и м и ч е с к и е в о з д е й с т в и я на изоляцию воз­ никают в трансформаторах, заполняемых трансформаторным ми­ неральным маслом или негорючей жидкостью (совол, совтол и др.), которые могут взаимодействовать с изоляционными и другими ма­ териалами. Такое взаимодействие приводит к разрушению изоля­ ции и загрязнению трансформаторного масла. В масляных транс­ форматорах нельзя применять эмали и лаки, которые растворяют­ ся трансформаторным маслом. В сухих трансформаторах физико­ химические воздействия на изоляцию могут возникать в тех слу­ чаях, когда трансформаторы устанавливают в помещениях, воз­ дух которых содержит пары кислот или других разъедающих жид­ костей.

Общие требования, предъявляемые к изоляции трансформато­ ра, сводятся к тому, что она должна выдерживать без поврежде­ ний электрические, тепловые, механические и физико-химические воздействия, которым она подвергается при эксплуатации транс­ форматора. Расчет изоляции и проверка ее прочности в готовом трансформаторе для всех возможных случаев затруднительны вви­ ду того, что воздействия на изоляцию многообразны. Поэтому в трансформаторостроении выработаны определенные нормы 'и ме­ тоды контрольных испытаний, соблюдение которых позволяет по­ лучить долговечную и прочную во всех отношениях изоляцию.

Необходимую электрическую прочность изоляции в трансфор­ маторах обеспечивают выбором материала изоляции, изоляцион­ ных конструкций и размеров изоляционных промежутков, а нагревостойкость изоляции — ограничением допустимой температуры. Рациональная конструкция и расположение обмоток обеспечивают необходимую механическую прочность. Изоляционные материалы, применяемые в трансформаторостроении, не вступают в химиче­ ское взаимодействие с маслом, поэтому, они не разрушаются и не способствуют его разложению или загрязнению.

§33. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ТРАНСФОРМАТОРАХ

Вусловиях нормальной работы трансформатора как между отдельными витками и катушками обмоток, так и между обмотка­ ми и заземленным магнитопроводом действуют синусоидальные напряжения номинальной частоты и амплитуды, которые неопасны для трансформатора, если он правильно рассчитан. Обмотки транс­ форматора состоят из большого числа витков с одинаковыми ин­ дуктивными' и активными сопротивлениями, так что напряжение,

\

приложенное к- обмотке, равномерно распределяется вдоль нее (рис. 52)..При заземленном конце 1 обмотки напряжения, дейст­ вующие между ее витками и заземленным магинтопроводом, изме­ няются равномерно, уменьшаясь по мере приближения к концу обмотки. При изолированном конце 2 все точки обмотки находятся под одним и тем же напряжением относительно заземленного маг­

пряжения, проникающего в обмотке трансформатора, в значитель­ ной степени зависят от дальности атмосферного разряда, защиты, подстанции, подходов к ней и т. п. Примерная форма импульса перенапряжения показана на рис. 53. Увеличение напряжения от О до максимума (фронт волны) происходит за очень короткий отре­ зок времени, измеряемый часто десятыми долями микросекунды.

Волна с крутым фронтом может рассматриваться как четверть периода периодического напряжения очень высокой частоты. В этом случае трансформатор ведет себя не так, как при нормальной его

98