Из электрокартонных шайб, 3-ярмовая

Изоляция, 4-стальное разрезное кольцо

Или неразрезное неметаллическое

Кольцо, 5- прессующий винт.

В целях повышения механической стойкости обмоток при воздействии тока короткого замыкания применяется осевая прессовка обмоток при помощи стальных прессующих колец. Прессующие кольца накладываются поверх верхней концевой изоляции обмоток, и осевая прессовка осуществляется винтами, проходящими сквозь полки верхней ярмовой прессующей балки. Иногда прессовка осуществляется при помощи стальных пружин. Во избежание образования короткозамкнутого витка вокруг стержня магнитной системы стальное кольцо выполняется разрезным с одним поперечным разрезом. Применяются также не разрезные кольца из древослоистой плиты или пластика (рис. 7.14).

Подпрессовка обмоток особенно необходима в первые годы после ввода трансформатора в эксплуатацию, пока междукатушечная и опорная изоляция еще получает остаточные деформации. Прессующие кольца обмоток рекомендуется устанавливать в трансформаторах, регулируемых под нагрузкой, мощностью более 630 кВ·А, а также в трансформаторах мощностью от 1000 - 6300 кВ·А и выше, переключаемых без возбуждения.

Существенное значение для обеспечения механической прочности обмоток при коротком замыкании имеет технология их изготовления и обработки. Плотность намотки в радиальном и осевом направлениях должна обеспечиваться достаточным натяжением провода при намотке и осевым, желательно механическим, поджимом наматываемого витка к ранее намотанным. Дальнейшее уплотнение обмотки в осевом направлении производится во время ее сушки в спрессованном состоянии при помощи стальных пружин или после сушки путем опрессовки силами, близкими к осевым силам при коротком замыкании.

В целях увеличения механической монолитности и прочности обмоток при воздействии сил, возникающих при коротком замыкании, может быть использована пропитка обмоток глифталевым или другим лаком. Должный эффект такая пропитка может дать при надлежащей разработанной технологии вакуумной пропитки с последующей полимеризацией лака.

Расчет температуры обмоток при коротком замыкании проводится для установившегося тока короткого замыкания при предположении, что вследствие кратковременности процесса отдача тепла, обусловленного возникновением тока короткого замыкания, от обмотки к маслу (воздуху) не успевает установиться и все это тепло накапливается в обмотке, повышая ее температуру.

Предельная условная температура обмотки, °С, рассчитываемая при предположении линейного ее нарастания, согласно [1] при учете теплоемкости металла обмотки и изоляции провода через tк с после возникновения короткого замыкания может быть определена по формулам:

для медных обмоток

(7.54)

для алюминиевых обмоток

(7.54а)

где t_к - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, принимается при коротком замыкании на сторонах с номинальным напряжением 35 кВ и ниже 4 с, при коротком замыкании на сторонах с номинальным напряжением 110 кВ и выше - 3 с; для сухих трансформаторов с номинальным напряжением 10 и 15 кВ - 3 с; J - плотность тока при номинальной нагрузке, А/м². За начальную температуру обмотки обычно принимается υ_н=90 °С.

Предельно допустимые температуры обмоток при коротком замыкании, установленные ГОСТ 11677-85, приведены в табл. 7.6. Время, в течение которого медная обмотка достигает температуры 250 °С,

(7.55)

Время достижения температуры 200 0С для алюминиевых обмоток

(7.55а)

Таблица 7.6. допустимые температуры обмоток при коротком замыкании.

Вид охлаждения	Масляное		Воздушное
Металл обмоток	Медь	Алюминий	Медь			Алюминий
Класс изоляции	А	А	А	Е	B, F, H	A	E, B, F, H
Допустимая температура, 0С	250	200	180	250	350	180	200

Возникновение электродинамических сил при коротком замыкании трансформатора является сложным процессом, протекание которого зависит от многих факторов. Теоретические исследования этого процесса позволили создать методики расчета этих сил - упрощенные для ручного метода расчета и уточненные для расчета с использованием ЭВМ. Первые из них позволяют с приемлемой точностью получить представление о значениях суммарных сил, действующих на обмотки, вторые позволяют с достаточной точностью рассчитать значения сил, действующих на отдельные части обмоток.

Эти методики, однако, разработаны при некоторых существенных допущениях - не учтены силы инерции, трения, резонансные явления в обмотках, обмотки считаются механически монолитными, что не вполне соответствует истинной картине явлений и требует уточнения путем проведения экспериментальных исследований.

Испытания силовых трансформаторов при аварийных режимах короткого замыкания в широком диапазоне мощностей от 25 до 125000 кВ·А стали возможны после создания испытательных стендов, обеспечивающих получение соответствующих токов короткого замыкания. Эти испытания позволили установить ряд сопутствующих явлений, которые не могут быть количественно определены заранее, но оказывают существенное влияние на прохождение процесса короткого замыкания, и установить причины и характер возможных повреждений обмоток и других конструктивных элементов. Если расчетно конструктивные факторы - электрические параметры, размеры обмоток и взаимное расположение витков и частей обмоток - в достаточной мере и с приемлемой точностью учитываются в современных методиках расчета, то ряд технологических факторов, главным образом связанных с отклонениями от надлежащей технологии и оказывающих существенное влияние на электродинамические силы, не может быть учтен.

При испытаниях было установлено, что радиальные силы, создающие напряжения растяжения во внешней обмотке (ВН), во всем указанном диапазоне мощностей не приводят к ее разрушению или появлению в ней остаточных деформаций. Силы, действующие при этом на внутреннюю обмотку (НН) и сжимающие ее, могут привести к потере этой обмоткой механической стойкости и последующему разрушению, если при ее расчете и конструировании не были предусмотрены соответствующие меры.

Этими мерами могут быть: увеличение поперечного сечения витка за счет уменьшения плотности тока в этой обмотке и увеличения ее в наружной; применение более жесткого в механическом отношении металла обмотки - более жесткого алюминия или упрочненного сплава меди; намотка внутренней обмотки при мощностях до 40000 - 63000 кВ·А на бумажно-бакелитовом цилиндре толщиной до 6 -10 мм вместо цилиндра из картона [13]; увеличение числа реек, на которых намотана обмотка, при наличии должной опоры реек на жесткий цилиндр или непосредственно на стержень магнитной системы.

Для получения достаточной механической монолитности обмотки - плотного прилегания ее витков к цилиндру и опорным рейкам и проводов друг к другу необходимо предусмотреть ее плотную намотку в радиальном и осевом направлениях на станке, обеспечивающем должное натяжение провода, механическую обкатку наматываемых витков и катушек и механический поджим их в осевом направлении. Механическая монолитность может быть также усилена путем пропитки обмотки полимеризующимся лаком.

Осевые силы в обмотках трансформатора, при равенстве высот обмоток и равномерном распределении витков по их высоте, сжимают обе обмотки. Если в одной из обмоток есть зона, не занятая витками, или расположение витков неравномерно, то возникает осевая сила, стремящаяся увеличить несимметрию и прижимающая части обеих обмоток к противоположным ярмам.

Испытания показали, что такие силы могут возникать и в обмотках с равномерным (по расчету) распределением витков при недостаточно плотной намотке, недостаточной или неравномерной запрессовке обмоток или вследствие механической нестабильности картона междукатушечных (междувитковых) прокладок и опорной изоляции. При этом могут возникать повреждения опорных конструкций обмоток, элементов их осевой прессовки - прессующих колец, винтов, иногда ярмовых балок, а также нарушение осевой стойкости (полегание) проводов обмоток, особенно вблизи торцов обмоток.

Во избежание существенного расхождения между расчетной схемой взаимного расположения частей обмоток и реальным опасным непредсказуемым их расположением необходимо обеспечить жесткую регламентацию технологии изготовления обмоток. Должна быть обеспечена плотная намотка обмотки как в радиальном (натяжение провода, механический радиальный обжим наматываемых витков и катушек), так и в осевом направлении (осевой механический поджим намотанных витков и катушек). Обмотка после намотки и сушки должна быть спрессована на прессе. После установки на остове трансформатора обмотка также должна быть спрессована раздельными кольцами и прессующими деталями остова. Механическая монолитность обмотки может быть усилена также пропиткой полимеризующимся лаком.

При испытаниях трансформаторов в условиях аварийных коротких замыканий были обнаружены значительные силы, действующие на внутренние отводы обмоток НН и СН, идущие от середины их высоты и расположенные в осевых каналах этих обмоток, что привело к необходимости разработки системы механического крепления этих отводов. В винтовых обмотках с достаточно большим шагом винта (двух и более ходовых обмотках) обнаружены тангенциальные силы, обусловленные составляющей тока, параллельной оси обмотки, и поперечным полем обмотки и направленные по продольной оси провода. Эти силы могут вызвать скручивание обмотки и вращение ее вокруг собственной оси [10, 12, 13].