Laboratorna_robota_2

1

Теоретичні відомості

Силові трансформатори (автотрансформатори) залежно від потужності і напруги умовно ділять на вісім габаритів. Так, наприклад, до нульового габариту відносять трансформатори потужністю до 5 кВА включно, потужністю понад 5 кВА - до 100 кВА напругою до 35 кВ (включно) до I габариту, вище 100 до 1000 - до II, вище 1000 до 6300 - до III; вище 6300 - до IV, а напругою вище 35 до 110 кВ (включно) і потужністю до 32000 кВА - до V габариту. Для відмінності за конструктивними ознаками, призначенням, потужністю і напругою їх поділяють на типи.

Кожному типу трансформаторів присвоюють позначення, яке складається з букв і цифр. Букви в типах масляних і сухих трансформаторів позначають: О - однофазний, Т - трифазний, Н - регулювання напруги під навантаженням, Р - з розщепленими обмотками; за видами охолодження: С - природно-повітряний, М - природна циркуляція повітря і масла, Д -примусова циркуляція повітря і природна

циркуляція масла, ДЦ - примусова циркуляція повітря і масла, MB - примусова циркуляція води і природна циркуляція масла, Ц - примусова циркуляція води і масла. Вторинне вживання літери С у позначенні типу показує, що трансформатор три обмотковий.

Рис. 1.1. Пристрій силового масляного трансформатора потужністю 1000-6300 кВА класу напруги 35 кВ:

1 - бак, 2 - вентиль, 3 - болт заземлення, 4 - термосифонних фільтр, 5 - радіатор, 6 - перемикач, 7 - розширювач, 8 – вказівник рівня масла, 9- повітресушник, 10 - вихлопна труба, 11 - газове реле, 12 - ввід ВН, 13 - привід перемикаючого пристрою, 14 - ввід НН, 15 - підйомний рим, 16 - вивід НН, 17 - остов, 18 - вивід ВН, 19 - ярмова балка остова (верхня і нижня), 20

- регулювальні відгалуження обмоток ВН, 21 - обмотка ВН (всередині НН), 22 - каток візки.

Цифри в чисельнику вказують потужність трансформатора (у кіловольтамперах), в знаменнику - клас напруги обмотки ВН (в кіловольт), наприклад: ТМ100 / 6 - трифазний, з масляним охолодженням і природною циркуляцією, потужністю 100 кВА, напругою 6 кВ; ТД-10000/110 - трифазний, з дуттьовим

2

охолодженням потужністю 10000 кВА, напругою 110 кВ; ТДТ-20000/110 - трифазний, триобмотковий, з дуттьовим охолодженням, потужністю 20 000 кВА, напругою 110 кВ; ТС-630/10 - трифазний, сухого виконання, потужністю 630 кВА, напругою 10 кВ.

У позначенні автотрансформатора додають букву А. Якщо автотрансформатор понижуючий, буква А стоїть на початку позначення, якщо підвищує - у кінці.

В умовному позначенні типу трансформатора вказують також рік розробки конструкції, кліматичне виконання і категорію розміщення, наприклад: ТДЦ- 63000/110-75У1 (У - призначений для роботи в умовах помірного клімату, 1 - на відкритому повітрі).

За стандартом номінальні потужності трифазних трансформаторів і автотрансформаторів повинні відповідати ряду: 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250 і т. д.

Складовими частинами масляного трансформатора є: остов обмотки, перемикаючий пристрій, вводи, виводи, ізоляція, бак, охолоджувачі, захисні і контрольно-вимірювальні і допоміжні пристрої.

Конструкція, що включає в зібраному вигляді остов трансформатора, обмотки з їх ізоляцією, відводи, частини регулюючого пристрою, а також всі деталі, що служать для їх механічного з'єднання, називається активною частиною трансформатора. На рис. 1 показано пристрій і компонування основних частин силового масляного трансформатора потужністю 1000 - 6300 кВА.

Особливості конструкції масляних трансформаторів класу 110 кВ.

На напругу 110 кВ виготовляють трансформатори потужністю від 2500 до 400000 кВА. У їх пристрій входять всі розглянуті раніше частини. Конструктивні відмінності окремих частин викликані значними порівняно з трансформаторами I-III габаритів струмами, електричними полями, потенціалами, втратами в магнітній системі і обмотках.

На рис.1.3 показана конструкція головної ізоляції трифазного трансформатора класу 110 кВ при виводі лінійного відводу з верхньої частини обмотки, а нейтралі - з нижньої.

Рис.1.3. Головна ізоляція і основні ізоляційні проміжки трифазного трансформатора класу 110 кВ з

виводом нейтралі внизу обмотки.

Обмотки НН ізольовані від обмоток ВН і стрижня двома електрокартонними циліндрами 1 товщиною по 6 мм, від ярма і пресуючого кільця 2 - кутовими шайбами 3 товщиною по 6 мм, зібраними з смуг

3

електрокар тону товщиною 0,5 мм; для ізоляції фаз обмоток ВН встановлені електрокартону бар'єри 4 завтовшки по 8 мм кожний з електрокартонними рейками між ними; ізоляцією обмоток ВН від нижнього ярма служить бар'єр 6 завтовшки 6 мм. Крім того, кінцева ізоляція заповнює проміжки між торцями обмоток і ярмами. Для захисту обмоток ВН від перенапруг передбачені ємнісні кільця 5.

Рис.1.4. Трифазний триобмотковий трансформатор ТДТ-16000/110 в зібраному вигляді:

1 - кран, 2 - вентилятор, 3 - бак, 4 - радіатор, 5 - гак, 6 - перехідний фланець з установкою трансформаторів струму, 7 - ввід

110 кВ, 8 - вивід 35 кВ, 9 -

паперово-бакелітовій циліндр вводу 110 кВ, 10 - привід перемикаючого пристрою ПБВ, 11 - ввід НН (10 кВ), 12 - вихлопна труба, 13 - газове реле, 14 - розширювач, 15 – вказівник рівня масла, 16 -

повітроосушувач, 17 - перемикач обмотки ВН, 18 - обмотка ВН (110 кВ), 19 - термосифонний фільтр, 20 - каретка, 21 - розподільна коробка, 22 - майданчик для установки домкрата, 23 - магістральна коробка.

Для переміщення трансформатора бак 3 забезпечений чотирма каретками 20 з поворотними катками. Паперово-масляні герметичні вводи ВН встановлені на спеціальних перехідних фланцях 6, у фланці вбудовані трансформатори струму. Нижня частина вводів ВН закрита паперово-бакелітовими циліндрами, металева частина - екранами, що вирівнюють електричне поле. Система охолодження Д складається з прямотрубних радіаторів 4, обдуваються вентиляторами 2. Напруга на електродвигуни вентиляторів подається через розподільчі коробки 21 (з запобіжниками), що підключаються до магістральної проводки, прокладеної по стінках бака. Проводка до зовнішньої електромережі підключена через магістральну коробку 23. Всі інші частини, встановлені на трансформаторі, були розглянуті раніше і відрізняються в основному розмірами і масою.

Бак трансформатора

Бак служить для установки в ньому активної частини трансформатора та заливання масла (деякі баки спеціальних трансформаторів заповнюють газом або

4

кварцом); він складається з обв'язки 3, дна 4, рами 2 і кришки 1 (рис.1.5) з отворами для кріплення болтами до рами. Кришка закриває бак і одночасно є основою для встановлення розширювача, вводів, приводів перемикаючих пристроїв, балона термосигналізатора, підйомних кілець і інших деталей (рис.1.6). Місце роз'єму кришки з баком ущільнюють гумовою смугою, що укладається на раму в уступ між виступаючим торцем обичайки і отворами в рамі.

Рис.1.5. Основні частини бака трансформатора.

Кришка баків трансформаторів потужністю 25 MBА і вище приварена до обичайки. Бак має нижній роз'єм і складається з верхньої (високої) знімної частини та нижньої, що є його основою (днищем). Такий пристрій полегшує розбирання та складання трансформаторів і не вимагає механізмів великої вантажопідйомності, оскільки замість активної частини піднімають верхню частину бака.

Для переміщення трансформаторів (при монтажі, ремонті) масою до 20 т під днищем встановлюють візки (по два на трансформатор), при більшій масі - каретки; для підйому трансформатора стропами до стінок бака приварені гаки; для кріплення охолоджувачів і термосифонних фільтрів - патрубки з фланцями; для заповнення трансформатора маслом встановлені вентилі.

5

Рис.1.6. Кришка трансформатора ТМ-400/10 (вид зверху):

1 - фланець для з'єднання з розширювачем, 2 - рим, 3 - ввід ВН, 4 - перемикач, 5 - кран, 6 - термометр, 7 - пробивний запобіжник, 8 - ввід нейтралі НН, 9 - лінійний ввід НН, 10 - кришка, 11 - місце установки розширювача.

Баки трансформаторів III габариту і потужніших посилюють поперечними і поздовжніми балками із сталевого прокату (швелер, тавр, куточок). Механічну міцність бака і непроникність зварних швів випробовують надлишковим тиском 30-

50 кПа.

Для трансформаторів IV габаритів застосовують баки овальної форми, великих габаритів - прямокутні, з просторовим магнітопроводом-трикутні або круглі. Їх виготовляють з листової сталі; стики аркушів з'єднують приварюванням газоабо електрозварюванням.

Допустима температура частин трансформатора

Перетворення енергії відбувається в трансформаторі із відомими втратами. Переважна частина втрат виділяється у вигляді тепла в активних частинах трансформатора, його магнітопроводі і обмотках.

Тепло, що виділяється в трансформаторі, нагріває його, і температура його частин стає вище, ніж температура навколишнього середовища. Встановлена температура нагрітих частин залежить від пристрою системи охолодження, за допомогою якої відбувається видалення тепла в зовнішнє середовище. Трансформатор і його система охолодження повинні бути спроектовані таким чином, щоб температура його частин не перевищувала допустимих меж. Лімітується в основному температура частин, що стикаються з ізоляційними матеріалами, маслом та іншими діелектричними рідинами.

Старіння ізоляційного матеріалу, що виражається у зменшенні його електричної і механічної міцності, відбувається тим інтенсивніше, чим вище його температура. Опитним шляхом виявлено, що підвищення температури на 8 °С скорочує термін служби масляного трансформатора з паперовою ізоляцією в 2 рази.

Трансформатор може надійно служити протягом 15-20 років, якщо його окремі частини мають у номінальному режимі наступні перевищення температури, °С:

Допустима температура для трансформаторів з повітряним охолодженням, з обмотками з міді та ізоляцією класу нагрівостійкості:

Тривалість короткого замикання повинна бути обмежена таким чином, щоб зазначена температура не була перевершена.

Допустимі перевантаження силових трансформаторів

Допустимі аварійні перевантаження масляних трансформаторів без урахування попередньої навантаження

7

Допустимі перевищення напруги силових трансформаторів

Припустиме перевищення напруги повинно бути зазначено в супровідній документації заводів-виготовлювачів на конкретний тип трансформатора. Припустиме перевищення напруги на всіх відгалуженнях герметичних масляних трансформаторів і трансформаторів з негорючим рідким діелектриком потужністю від 250 до 2500 кВА має бути: тривалого - не більше ніж на 5% при потужності не більше номінальної; епізодичної (але не більше 6 год на добу) - не більше ніж на 10% при потужності не більше номінальної; тривалої - не більше ніж на 10% при потужності не більше 0,25 номінальної.

Для масляних трансформаторів 110 кВ і вище допускаються короткочасні перевищення напруги при роботі на будь-якому відгалуженні, наведені в таблиці.

Перевищення напруги масляних трансформаторів 110 кВ і вище

Примітка. Значення в дужках відповідають напруги по відношенню до землі, а решта значення – напруги між фазами в симетричному режимі.

Повторюваність зазначених у таблиці перевищень не повинна перевищувати наступних значень: при тривалості 20 хв – 1 раз на тиждень, при тривалості 20 с -2 рази на рік, при тривалості 1 і 0,1 с – 1 раз на рік.

Класифікація діагностичних характеристик трансформаторного масла

Оцінка деградації ХАРГ; фуранові компоненти; феноли; розчинені метали; металеві частинки масла

8

У позначенні нових трансформаторів літера Г опускається, оскільки всі вони виконуються блискавкоупорними. Деякі трансформатори 35 кВ в позначенні мають букву Л означає виготовлення обмотки з алюмінію.

Приклад позначення трансформатора: ТРДНС-40000/220 - трифазний трансформатор з розщепленою обмоткою, охолодження масляне з дуттям, з РПН, призначений для власних потреб електростанцій, потужністю 40 МВА, з обмоткою з вищої напругою 220 кВ.

Трансформаторні вводи

Вводи трансформаторів представляють собою порцелянові прохідні ізолятори, через внутрішню порожнину яких проходить Струмоведучий стрижень, і служать для виводу кінців обмоток з трансформатора назовні і підключення їх до мережі. Вводи встановлюють на кришці, рідше на бічній стінці бака.

Зовнішня конфігурація і розміри вводів залежать від класу напруги, роду установки і сили струму. Вводи для внутрішньої установки мають гладку поверхню, для зовнішньої установки (працюють у важких атмосферних умовах - під дощем, снігом у забрудненому повітрі) відрізняються більш розвиненою зовнішньою поверхнею (наявність зонтоподібними ребер), в результаті чого збільшується шлях поверхневого розряду по фарфору і електрична міцність вводів.

Позначення типу трансформаторів

У залежності від допустимої щільності струму в струмоведучому стрижні (2-4 А/мм2), яка визначається його нагріванням, і розміру фарфорового ізолятора, що залежить від класу напруги, вводи на великі номінальні струми і напруги мають великі габарити і масу. Для полегшення і більш ефективного використання перерізу струмоведучі стрижні вводів 35 кВ і нижче на струми 4000 А і більше виконують порожнистими (з мідних труб).

Вводи виготовляють на номінальну напругу: 0,5; 1; 3; 6-10; 20; 35; 110; 120;

330; 500; 750 кВ і вище і струми: 100, 250, 400; 630; 1000; 1600; 2000; 2500; 4000 А і більше.

При номінальних напругах 0,5 - 35 кВ включно в трансформаторах застосовують знімні (розбірні) вводи, конструкція яких дозволяє замінювати фарфоровий ізолятор (у разі його пошкодження) без підйому активної частини трансформатора або верхньої частини бака. Усі знімні вводи (за невеликим винятком) є маслопідпірними; їх внутрішня порожнина заповнюється трансформаторним маслом під тиском з баку трансформатора. На напругу до 1 кВ і порівняно невеликі струми на трансформаторах встановлюють знімні складові вводи (рис.1.7). Особливість пристрою такого введення полягає в тому, що для його установки на кришці 9 (стінці) бака не потрібно кріпильних деталей (гайок, шпильок); кріплення забезпечується вхідними до його пристрою частинами. Струмоведучий стрижень 1 з гайками, з навінченою латунної втулкою 13 і надітими електрокартонними шайбами 10, 12 і фарфоровою втулкою 11 вставляють в отвір кришки. Потім із зовнішнього боку кришки на стрижень надягають фарфоровий ізолятор 7, спираючи його на кришку з попередньо приклеєною гумовою прокладкою 5, потім гумову фасонну прокладку 6 і латунний ковпак 5. Затягують гайку 4 і стягують введення, одночасно притискаючи його з двох сторін до кришки. Для приєднання відводу обмотки і зовнішньої мережі служать гайки і контргайки 2 і шайби 3 нижнього та верхнього решт стрижня.

Вводи на напругу до 1 кВ і великі струми кріплять притискними кулачками так само, як вводи на 6-35 кВ.

Пристрій вводу на напругу 6-10 кВ і струм 3000 А показано на рис.8. Мідний стрижень 14 проходить через отвір фарфорового ізолятора 13. Верхній кінець

10

стержня ущільнений гумовим кільцем 6, втулкою 5 і гайкою 4. Стрижень бортиком 12 спирається через електрокартону шайбу 11 на уступ ізолятора 13, а двома виступами 10 входить у вертикальні пази ізолятора, що не дозволяє йому провертатися при закручуванні гайок. Гумова прокладка 9 ущільнює роз'єм між ковпаком 7 і верхнім торцем ізолятора, а прокладка 19 - стик між кришкою і ізолятором підтягуванням гайок 16 на шпильках 15, приварених до кришки 20.