5.2.2 Элементы конструкции трансформаторов

 

Магнитопровод трансформаторов выполняется из отдельных листов электротехнической стали с определенной ориентировкой зерен, допускающей индукцию до 1,7 Тл, с удельными потерями 0,9-1,1 Вт/кг, изолированных друг от друга жаростойким покрытием толщиной 0,01 мм. Он состоит из стержней и ярем. Стрежни стягиваются стеклобандажами, ярма – стальными полубандажами или бандажами.

Обмотки трансформаторов выполняются концентрическими и чередующимися, как показано на рисунке 5.2.2. В первом случае обмотки НН и ВН выполняют в виде цилиндров и располагают на стрежне концентрически одна относительно другой. Такие обмотки приняты в большинстве силовых трансформаторов. Материал обмоток медь и алюминий. Трансформаторы  с алюминиевыми обмотками изготовляются на мощность до 6300 кВА.

а) концентрическая; б) чередующаяся Рисунок 5.2.2 - Обмотки трансформатора

 

В качестве изоляции в трансформаторах применяется  масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция).

Активная часть – магнитопровод с обмотками помещается в бак. На крышке устанавливаются вводы, выхлопная труба, крепления расширителя, термометры и другие детали. На стенке бака укрепляют охладительные устройства – радиаторы.

Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экранируются  с внутренней стороны пакетами из электротехнической стали и пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).

Расширитель -  это цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом и компенсации  колебаний уровня масла в расширителе. Для предотвращения контакта масла с воздухом  расширитель связан с окружающей средой через силикагелевый воздухоосушитель. Так же применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом).

Термосифонный фильтр крепится к баку и заполняется силикагелем, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции масла через фильтр происходит непрерывная регенерация.

Маслоуказатель устанавливается на расширителе, термометр – на крышке бака. К защитным устройствам относятся реле понижения уровня масла и газовое реле.

 

5.2.3 Охлаждение трансформаторов

 

Предельный нагрев ограничивается сроком службы изоляции.

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов предусматривает естественную конвекцию воздуха и частично лучеиспускание в воздухе. Такие трансформаторы называются «сухими». Обозначение при открытом исполнении С, при защищенном исполнении СЗ, при герметизированном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха СД. Такие трансформаторы изготавливаются мощностью до 1600 кВА.

Естественное масляное охлаждение (система «М») применяется для трансформаторов мощностью до 16000 кВА. Тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается маслу, которое, циркулируя по баку и радиаторным трубам, передает его окружающему воздуху. Температура масла в верхних нагретых слоях не должна превышать +95^оС. Для лучшей отдачи тепла бак ТР снабжается ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла

(система «Д») предусматривается для трансформаторов мощностью до 80000 кВА. В навесных охладителях из радиаторных труб помещаются вентиляторы, обдувающие нагретую верхнюю часть труб.

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла  через воздушные выносные охладители (система «ДЦ») предусматривается в трансформаторах мощностью  63000 кВА  и более. Охладители из системы тонких ребристых трубок, обдуваются вентилятором, в соответствии с рисунком 5.2.4. Электронасосы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители. Такая система позволяет уменьшить габариты трансформатора.

 

1- бак трансформатора, 2 – электронасос; 3- адсорбный фильтр; 4 - охладитель;

5- вентиляторы обдува

Рисунок5.2.4 - Принципиальная схема охладителя ДЦ

 

 

Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла через воздушные выносные охладители (система «Ц») предусматривается в трансформаторах мощностью  160000 кВА  и более. Такая же, как ДЦ, но охладители состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло. Система эффективна, но дорога.

Тип трансформатора обозначается заглавными буквами.

Первая буква определяет число фаз (для однофазных – О; для трехфазных – Т). Если это автотрансформатор, то ставится буква А.

 Вторая буква обозначает вид охлаждения в соответствии с пояснениями, приведенными выше.

Третья буква определяет число обмоток, работающих на различные сети, для трехобмоточного трансформатора - Т; для трансформатора расщепленными обмотками - Р.

Буква Н в обозначении указывается при  выполнении одной из обмоток с устройством (РПН).

За буквенным обозначением указывается номинальная мощность кВА; класс напряжения обмотки (ВН): климатическое исполнение и категория размещения.      Основные конструктивные узлы трансформаторов показаны на рисунке 5.2.5

 

1 – бак; 2 – шкаф автоматического управления дутьём; 3 – термосифонный фильтр; 4 – ввод ВН; 5 – ввод НН; 6 – ввод СН; 7 – установка трансформаторов тока 110 кВ; 8 – установка трансформаторов тока 35 кВ; 9 – ввод 0 ВН; 10 – ввод 0 СН; 11 – расширитель; 12 – маслоуказатель стрелочный; 13 – клапан предохранительный; 14 – привод регулятора напряжения; 15 – электродвигатель системы охлаждения; 16 – радиатор; 17 – каретка с катками

Рисунок 5.2.5 -  Трансформатор трёхфазный трёхобмоточный

ТДТН – 16000/110 – 80У1

 

 

5.3 Электрические аппараты

 

5.3.1 Гашение электрической дуги

 

При отключении электрических цепей под нагрузкой между контактами  электрических аппаратов возникает электрическая дуга, которая должна быть погашена, поскольку процесс отключения заканчивается только после гашения дуги.

Задача гашения дуги сводится к созданию таких условий, чтобы электрическая прочность промежутка между контактами  выключателя U_пр была больше напряжения между ними U_в.

В коммутационных аппаратах применяются следующие способы гашения дуги:

1.Удлинение дуги при быстром расхождении контактов: чем длиннее дуга, тем большее напряжение необходимо для ее существования.

2.Деление длинной дуги на ряд коротких дуг, как это показано на рисунке 5.3.1, а.

3.Гашение дуги в узких щелях. Благодаря соприкосновению с холодными поверхностями происходит интенсивное охлаждение и диффузия заряженных частиц в окружающую среду. Это приводит к быстрой деионизации.

4.Движение дуги в магнитном поле. Если создать магнитное поле, направленное перпендикулярно оси дуги, то она получит поступательное движение и будет затянута внутрь дугогасительной камеры, соответственно с рисунком 5.3.1, б. В радиальном магнитном поле дуга получит вращательное движение, как показано на рисунке 5.3.1, в.

5.Гашение дуги в масле. Если контакты отключающего аппарата поместить в масло, то возникающая дуга приводит к интенсивному газообразованию и испарению масла в соответствии с рисунком 5.3.1, г.

Вокруг дуги образуется газовый пузырь, состоящий, в основном, из водорода. Внутри газового пузыря происходит непрерывное движение газа и паров масла. Быстрое разложение масла приводит к повышению давления в пузыре, что способствует лучшему охлаждению и деионизации дуги.

6. Газовоздушное дутье. Дутье вдоль или поперек дуги в соответствии с рисунком 5.3.2 способствует  более эффективному  охлаждению дуги.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) деление длинной дуги на ряд коротких дуг; б) затягивание дуги в узкую щель дугогасительной камеры; в) вращение дуги в магнитном поле; г) гашение дуги в масле;

1- неподвижный контакт; 2- ствол дуги; 3- водородная оболочка; 4- зона газа; 5- зона паров масла; 6- подвижный контакт

Рисунок 5.3.1 - Способы гашения дуги

 

Газ создается при разложении масла (масляные выключатели) или твердых газогенерирующих материалов (автогазовые выключатели). Более эффективно дутье холодным воздухом (воздушные выключатели).

 

а) продольное; б) поперечное   Рисунок 5.3.2 - Газовоздушное дутье

 

7. Многократный разрыв цепи тока. Такие выключатели имеют несколько гасительных устройств, рассчитанных на часть номинального напряжения. Число разрывов на фазу зависит от типа выключателя и его напряжения. В выключателях 500—750 кВ может быть 12 разрывов и более.

8. Гашение дуги в вакууме. Если контакты размыкаются в вакууме, то сразу же после первого прохождения тока в дуге через нуль прочность промежутка восстанавливается и дуга не загорается вновь.

9. Гашение дуги в газах высокого давления. Воздух при давлении 2 МПа и более также обладает высокой электрической прочностью. Это позволяет создавать устройства для гашения дуги в атмосфере сжатого воздуха.

10. Применение электроотрицательных газов, например, шестифтористой серы SF₆ (элегаза). Элегаз обладает не только большей электрической прочностью, чем воздух и водород, но и лучшими дугогасящими свойствами даже при атмосферном давлении.

 

5.3.2 Коммутационные аппараты напряжением до 1000 В

 

Коммутационные аппараты  напряжением до 1000 В подразделяются на пакетные переключатели и рубильники, плавкие предохранители, автоматические выключатели (автоматы), контакторы и  магнитные пускатели.

Переключатель –  это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для  переключения электрических цепей.

Рубильник –  предназначен для ручного включения и отключения цепей постоянного и переменного тока. Рубильники выполняются с рычажным приводом. Кроме этого, рубильник служит для создания видимого разрыва цепи после ее отключения другим аппаратом.

Предохранитель – это коммутационный аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных  плавких вставок.Материалом плавких вставок являются медь, цинк, алюминий, свинец, серебро. Предохранители в электрических сетях напряжением до 1000 являются основным средством защиты от перегрузок и токов короткого замыкания. 

Автоматический выключатель –  предназначен для коммутации цепей при аварийных режимах, а также нечастых оперативных  включений и отключений электрических цепей. Они имеют расцепители, которые обеспечивают отключение  при перегрузках, коротких замыканиях и снижениях напряжения.

Контактор – этот двухпозиционный коммутационный аппарат с самовозвратом, предназначенный для частых включений и отключений токов, не превышающих токов перегрузки и приводимый в действие приводом. Они не имеют устройств, реагирующих на перегрузки и короткие замыкания.

Магнитный пускатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для пуска, останова и защиты электродвигателей и других электроприемников. Они имеют встроенные тепловые реле и выполняются реверсивными и нереверсивными.