В настоящее время в отечественных масляных трансформаторах применяются системы охлаждения, приведенные в табл. 1.

Таблица 1. Системы охлаждения масляных трансформаторов применяемые в отечественном трансформаторостроении

При этом виде охлаждения теплота, выделяющаяся в активной части и элементах металлоконструкции трансформатора, передается путем естественной конвекции маслу, которое, в свою очередь, отдает его в окружающий воздух также путем естественной конвекции и излучения. В трансформаторах небольшой мощности (до нескольких десятков кВ-А) теплоотдающей поверхности баков достаточно для отвода выделяющейся теплоты при нормированном превышении температуры масла. В трансформаторах большей мощности приходится ее искусственно увеличивать путем применения ребристых и трубчатых баков или баков с навесными или выносными радиаторами.

В трансформаторах мощностью более 6,3-10 MB-А затруднительно развить теплоотдающую поверхность бака в такой мере, чтобы обеспечить заданный уровень нагрева. Это становится понятным, если учесть, что согласно законам роста в серии подобных трансформаторов (т. е. в таких, в которых соответствующие линейные размеры пропорциональны) при постоянстве электромагнитных нагрузок (индукции в магнитопроводе, и плотности тока в обмотках) потери растут пропорционально кубу линейных размеров, тогда как охлаждающие поверхности растут пропорционально квадрату этих размеров. Поэтому приходится принимать дополнительные меры для усиления охлаждения путем обдува радиаторов вентиляторами. Тем самым увеличивается в 1,5-2 раза коэффициент теплопередачи и соответственно теплосъем радиаторов. При снижении температуры верхних слоев масла до 50С, если при этом ток нагрузки меньше номинального, вентиляторы отключаются.

Эта система охлаждения в отечественной промышленности применяется редко. При такой системе благодаря принудительной циркуляции масла с помощью насоса достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака трансформатора и снижение температуры верхних слоев масла.

В трансформаторах мощностью около 100 MB-А и более выделяющиеся потери настолько значительны, что для их отвода приходится применять специальные масляно-воздушные охладители, обдуваемые вентиляторами и оснащенные насосами для принудительной циркуляции масла. Для увеличения эффективности обдува трубы в таких охладителях имеют сильно развитую ребристую наружную поверхность. Благодаря принудительной циркуляции масла достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака. Разница температуры масла вверху и внизу бака составляет в данном случае менее 10°С, в то время как при естественной циркуляции она достигает 20-30°С. Выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью охладители имеют теплосъем 160-180 кВт. В случае отключения системы охлаждения трансформаторы могут оставаться включенными очень непродолжительное время, так как теплоотдающей поверхности бака недостаточно даже для отвода потерь холостого хода. Недостатком такой системы охлаждения является то, что теплоотдача от обмоток к маслу остается практически такой же, как и при естественной конвекции, так как принудительная циркуляция масла происходит только в зоне между наружной обмоткой и стенкой бака трансформатора.

Система охлаждения MB.

В отечественном трансформаторостроении эта система охлаждения не получила широкого распространения. Для охлаждения масла используется вода, циркулирующая в трубах, размещенных в верхней части бака, в зоне наиболее горячего масла. Вода прогоняется по трубам с помощью насосов.

Эта очень эффективная и компактная система охлаждения применяется для мощных трансформаторов тогда, когда имеется достаточное количество воды (гидростанции, очень мощные тепловые станции). Она позволяет отказаться от системы охлаждения ДЦ, которая при очень большой мощности трансформаторов становится достаточно громоздкой. Эта система охлаждения основана на применении масляно-водяных охладителей с гладкими или оребренными трубами и движением воды по трубам, а масла - в межтрубном пространстве. Благодаря конструктивным мероприятиям обеспечивается зигзагообразное движение масла в охладителе с поперечным обтеканием трубок. Большой теплосъем (до 1000 кВт и более) и малые габаритные размеры масляно-водяных охладителей достигаются благодаря увеличению коэффициента теплоотдачи от стенки трубы при охлаждении ее водой. При отключении этой системы охлаждения, как и при системе ДЦ, трансформаторы могут оставаться в работе также очень ограниченное время. Недостаток этой: системы охлаждения в части интенсивности охлаждения обмоток тот же, что и системы охлаждения ДЦ.

Системы охлаждения с направленной циркуляцией масла в обмотках НДЦ и НЦ.

Улучшить охлаждение обмоток и обеспечить при этом более равномерное распределение в них температуры можно путем создания принудительной (направленной) циркуляции масла в охлаждающих каналах обмоток с требуемой скоростью, обеспечивающей необходимый температурный режим. Здесь возможны два варианта исполнения - с одноконтурной и двухконтурной схемами циркуляции масла. В первом варианте масло, забираемое из верхней части бака, проходит через масляно-воздушные или масляно-водяные охладители и подается в обмотки. Во втором варианте кроме контуров охлаждения масла, аналогичных системам ДЦ или Ц, существуют независимые контуры охлаждения обмоток, причем масло, забираемое насосом из верхней части бака, подается, минуя охладители, в нижнюю часть бака и далее в контуры охлаждения обмоток. Второй вариант исполнения системы охлаждения несколько сложнее и дороже.
Эта система охлаждения позволяет при необходимости (например, в трансформаторах предельных мощностей) повысить электромагнитные нагрузки, но она усложняет конструкцию изоляции и обмоток, а также технологию сборки и испытаний трансформаторов (необходимы гидравлические испытания контуров циркуляции масла в обмотке). Поэтому такие системы применяются в отечественном трансформаторостроении для трансформаторов мощностью 400 MB-А и выше.

СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ.

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется путем естественной конвекции воздуха и частично лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название «сухих». Условно принято обозначать естественное воздушное охлаждение при открытом исполнении С; при защищенном исполнении СЗ, при герметизированном исполнении СГ. Допустимое превышение температуры обмотки сухого трансформатора над температурой охлаждающей среды зависит от класса нагревостойкости изоляции. Данная система охлаждения малоэффективна, поэтому применяется для трансформаторов мощностью до 1600 кВ-А при напряжении до 15 кВ

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16 000 кВ-А включительно. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается окружающему маслу, которое, циркулируя по баку и радиаторным трубам, передает его окружающему воздуху. При номинальной нагрузке трансформатора температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95°С. Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжается ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

^ Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов. В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб помещаются вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов могут осуществляться автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% номинальной, а температура верхних слоев масла не более +55°С, а также при минусовых температурах окружающего воздуха и при температуре масла не выше +45°С независимо от нагрузки. Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе с номинальной нагрузкой +95°С.

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ) применяется для трансформаторов мощностью 63 000 кВ-А и болееОхладители состоят из системы тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители (рис.3).
Рис. 3. Принципиальная схема охладителя системы ДЦ. 1 - бак трансформатора; 2 - электронасос; 3 - адсорбный фильтр; 4 - охладитель; 5 - вентиляторы обдува.

Благодаря большой скорости циркуляции масла, развитой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Переход к такой системе охлаждения позволяет значительно уменьшить габариты трансформаторов.

Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как система ДЦ, но в отличие от последнего охладители состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло. Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать +70°С. Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора, давление масла в маслоохладителях должно превышать давление циркулирующей в них воды.

На трансформаторах с системами охлаждения ДЦ и Ц устройства принудительной циркуляции масла должны автоматически включаться одновременно с включением трансформатора и работать непрерывно независимо от нагрузки трансформаторов. В то же время число включаемых в работу охладителей определяется нагрузкой трансформатора. Такие трансформаторы должны иметь сигнализацию о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды или об останове вентилятора.

Следует отметить, что в настоящее время ведутся разработки новых конструкций трансформаторов с обмотками, охлаждаемыми до очень низких температур. Металл при низких температурах обладает сверхпроводимостью, что позволяет резко уменьшить сечение обмоток. Трансформаторы с использованием принципа сверхпроводимости (криогенные трансформаторы) будут иметь малый транспортировочный вес при мощностях 1000 MB-А и выше.

Условно-букывенные обозначения в трансформаторах

Каждый трансформатор имеет условное буквенное обозначение , которое содержит следующие данные в том порядке, как указано выше:

1) число фаз (для однофазных – О; для трехфазных – Т);

2) вид охлаждения – в соответствии с пояснениями, приведенными выше;

3) число обмоток, работающих на различные сети (если оно больше двух); для трехобмоточного трансформатора Т; для трансформатора с расщепленными обмотками Р (после числа фаз);

4) выполнение одной из обмоток с устройством РПН обозначают дополнительно буквой Н;

5) для обозначения автотрансформатора на первом месте добавляют букву А.

За буквенным обозначением указываются номинальная мощность и класс напряжения. Для трансформаторов с одинаковыми параметрами одной и той же конструкции, изготовляемых на нескольких предприятиях, указывается год начала выпуска трансформаторов данной конструкции.

Например: ТМН-10000/110-67 - трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением, с РПН, номинальной мощностью 10 000 кВ-А, класса 110 кВ, конструкции 1967 г.

Страница 13 из 23

Радиаторный бак при естественном охлаждении может обеспечить нормальную теплоотдачу для трансформаторов мощностью до 7 500 кВА.

Рис. 31. Трансформатор мощностью 4 МВА со штампованными радиаторами.

Рис. 32. Устройство волнистого радиатора. 1 - трубка (сталь толщиной 2 мм); 2 - коллектор - коробка из стали толщиной 4 мм; 3 - фланец; 4 - волна (сталь толщиной 1,5 мм).
У трансформаторов 4-го габарита мощностью 10 000 кВА и выше периметр гладкого бака оказывается
Недостаточным для размещения необходимого количества радиаторов с целью получения нужной поверхности охлаждения. В этом случае приходится прибегать к принудительному (искусственному) охлаждению или, как принято говорить в трансформаторостроении, к дутьевому охлаждению.
При этом способе охлаждения можно увеличить теплоотдачу радиаторов на 40% по сравнению с теплоотдачей при естественном охлаждении.
Указанный способ охлаждения не исключает, однако, работы радиаторов, используемых для дутьевого охлаждения, без дутья, т. е. при естественном охлаждении. Но это возможно только при неполной нагрузке трансформатора. Трансформатор способен длительно работать с выключенным устройством принудительного охлаждения (дутья) при нагрузке, равной 1/3 номинальной.
Дутье осуществляется небольшими вентиляторами - «крыльчатками» (рис. 33), закрепленными на вертикальном валу электродвигателя
Крыльчатка имеет четыре лопасти, отштампованные из стали толщиной 1 мм, и центральной «звездочки». Лопасти имеют продольные ребра для придания им необходимой жесткости. Звездочка штампуется из стали и имеет овальное отверстие для посадки крыльчатки на вал двигателя.

Соединение каждой лопасти со звездочкой осуществляется двумя заклепками. Лопасти по отношению к горизонтальной оси повернуты на 25°. Диаметр крыльчатки равен 380 мм; ее вес составляет около 0,4 кг. Готовая крыльчатка подвергается статической балансировке, после чего устанавливается на вал двигателя. Конец вала имеет резьбу М16 для навертывания на него глухой гайки, удерживающей крыльчатку на валу.
Для вращения крыльчатки применяются трехфазные асинхронные электродвигатели типа АЭЛ-31/4 с короткозамкнутым ротором. Двигатель изготовляется в водонепроницаемом исполнении и предназначен для работы на открытом воздухе при температуре окружающего воздуха до +35°С. Расположение вала двигателя вертикальное.
Номинальные данные двигателя: 250 вт, 220 или 380 в, 1 450 об/мин.



Рис. 33. Вентилятор - четырехлопастная «крыльчатка».
Обмотка статора имеет влагостойкую изоляцию. Наружу, через штуцер с сальниковым уплотнением, выводятся три конца обмотки статора.
Между крыльчаткой и корпусом двигателя на валу устанавливается водоотражающий колпак, отштампованный из стали. Он служит для защиты от попадания дождя в места уплотнений вала двигателя и подшипникового щита.
Двигатели с крыльчатками 1 устанавливаются в «межтрубном пространстве» радиатора (рис. 34). На каждый радиатор устанавливается по два двигателя. Двигатели устанавливаются на плите 6, прикрепленной болтами к двум угольникам 7, приваренным к трубам радиатора 4.

Рис. 34. Установка вентиляторов на сдвоенных радиаторах. 1 - двигатель типа A3JI-31/4 с вентилятором; 2 - трехжильный кабель в резиновом шланге (КРПТ 3X4 мм2), помещенный в гибкий рукав из стальной оцинкованной ленты; 3 - стенка бака; 4 - радиатор; 5- распределительная коробка; 6 - плита для установки вентилятора; 7 - угольник.

Каждый двигатель скрепляется с плитой тремя болтами, которые пропускаются снизу сквозь отверстия в плите и ввертываются в глухие резьбовые отверстия, расположенные в нижней части корпуса двигателя. Между плитой и двигателем ставятся амортизирующие резиновые прокладки.
Максимальная теплоотдача радиатора получается при установке вентиляторов несколько ниже середины высоты радиатора. На Электрозаводе принята высота установки вентиляторов около Уз расстояния между осями патрубков радиатора, считая от нижнего.
Вентилятор забирает воздух снизу и направляет его вверх, при этом обдувается верхняя, наиболее нагретая часть труб. Благодаря этому получается хорошее охлаждение масла в трубах. При скорости воздуха, которую дают вентиляторы, измеренной в ряду труб между отдельными трубами и равной 1,25 м/сек, теплоотдача одного радиатора, имеющего 64 трубы при расстоянии между центрами патрубков 3 250 мм и при среднем превышении температуры масла над температурой воздуха 45° С, равна примерно 30,0 кет. При этом потребление мощности двумя двигателями, установленными на радиаторе, составляет 250 вт.
Питание двигателей от электросети осуществляется со щита управления через «магистральную коробку», установленную на стенке бака трансформатора. От этой коробки кабель идет к «распределительным коробкам», которые монтируются на плите, служащей одновременно и для установки двигателей. Таким образом, питающая магистраль (рис. 35) образуется путем соединения всех распределительных коробок 3 и магистральной коробки 2 в кольцевую цепь с помощью отрезков гибкого трехжильного кабеля 6 марки КРПТ, сечением жилы 4 мм2, проложенных в металлическом рукаве марки РЗ по стенке бака трансформатора. Распределительная коробка служит для присоединения электродвигателей к питающей магистрали 1. В распределительной коробке установлены шесть предохранителей 4 типа ПД-1 с плавкими вставками на номинальный ток 2 а для напряжения 380 о и 4 а для напряжения 220 в. Этим предусмотрена защита двигателей от токов короткого замыкания. В силу этого выход из строя одного-двух двигателей не влечет за собой выхода из строя всей системы.
В настоящее время на Электрозаводе применяется для дутья на новых типах трансформаторов крыльчатка серии МЦ № 4 (рис. 36). Эта крыльчатка дает большую производительность и увеличивает теплоотдачу радиатора. Крыльчатка имеет четыре лопасти, отштампованные из стали толщиной 1,5 мм, и диск из стали тол- шиной 4 мм с овальным отверстием в центре для посадки крыльчатки на вал двигателя. Лопасти соединяются с диском электросваркой. Они повернуты по отношению к горизонтальной оси на 35°. Диаметр крыльчатки равен 420 мм2, ее вес равен 1,3 кг. Готовая крыльчатка должна подвергаться динамической балансировке до значений норм небаланса не более 6 Г * см. Посадка крыльчатки на вал аналогична описанной выше.

Рис. 35. Схема питания электродвигателей дутьевого охлаждения трансформаторов.
1 - провода от источника питания; г- магистральная коробка; 3 - распределительная коробка; 4 - предохранитель типа ПД-1; 5 - провода к электродвигателям; 6 - кабель, соединяющий распределительные коробки.
Для вращения крыльчатки применяются те же двигатели, что и для крыльчатки диаметром 380 мм, т. е. A3JI-31/4, но потребляемая двумя двигателями мощность увеличивается до 620 вт. Суммарное осевое усилие на шарикоподшипники двигателя от веса крыльчатки и осевого давления составляет 2,5 кГ.
При обдуве радиаторов крыльчаткой новой конструкции скорость воздуха повышается с 1,25 м/сек (при старой конструкции крыльчатки) до 1,8 м/сек. Это снижает температуру верхних слоев масла в трансформаторе в среднем на 7-10° С.
Применение крыльчаток серии МЦ позволяет уменьшить количество радиаторов на трансформаторе, т. е. из каждых пяти радиаторов, обдуваемых старыми крыльчатками, можно ликвидировать один, установив на четырех оставшихся радиаторах крыльчатки серии МЦ, или, наоборот, не изменяя числа радиаторов, можно отцвести на 20% больше тепловой энергии потерь.



Рис. 36. Крыльчатка серии МЦ № 4.
Применение указанной крыльчатки влечет за собой изменение установки вентиляторов в межтрубном пространстве радиатора. В связи с тем, что эта крыльчатка более мощная, чем крыльчатка прежней конструкции, при ее работе возникают большие механические усилия, которые приводят к вибрации радиаторов. Вибрация же приводит к ослабеванию уплотнений патрубков радиаторов, т. е. расшатывает радиаторы. Чтобы разгрузить радиаторы от таких механических усилий, повысить их устойчивость, целесообразно установку вентиляторов осуществить непосредственно на стенке бака трансформатора (рис. 37).
К стенке бака 1 приваривается скоба 6 с тремя отверстиями. К скобе тремя болтами М16 крепится кронштейн 5. Кронштейн имеет корытообразный профиль, изготовленный из стали толщиной 4 мм. Для придания кронштейну большей жесткости снизу к нему подвариваются прямоугольные пластины. Вентиляторы 4 устанавливаются на кронштейне симметрично относительно середины длины радиатора.

Рис. 37. Установка вентиляторов на баке с радиаторами.
1 - стенка бака; 2 - растяжка 0 12 мм-, 3 - бобышка; 4 - Двигатель АЗЛ-31/4 с вентилятором серии МЦ № 4; 5 - кронштейн; 6 - скоба (болты М16); 7 - трехжильный кабель в резиновом шланге (КРПТ 3X4 мм2), помещенный в гибкий рукав из стальной оцинкованной ленты; 8 - крепление кабеля; 9 - распределительная коробка.
К передней части кронштейна крепится распределительная коробка 9. Кронштейн с вентиляторами поддерживается двумя тягами 2, имеющими на концах резьбу М12. Верхние концы тяг ввертываются в бобышки 3, приваренные под углом 22° к стенке бака.



Рис. 38. Схема однофазного двигателя типа АЭЛБ-31/4-Т.
Ci и С2 - концы рабочей обмотки статора; П, и Я2 - концы пусковой обмотки статора; JIx и Л2 - зажимы однофазной линии; Вк-устройство для включения пусковой обмотки.
Нижние концы тяг пропускаются в отверстия скоб, расположенных на кронштейне, и закрепляются гайками. При таком методе крепления вентиляторов особое внимание необходимо уделять тщательной балансировке крыльчатки. Даже небольшой небаланс вызывает вибрацию кронштейна.
На некоторых типах однофазных трансформаторов выпуска Электрозавода, в частности на трансформаторах типов ОД Г-10000/150 и ОДГ-12500/150, дутье осуществляется однофазными асинхронными электродвигателями типа АЗЛБ-31/4-Т с короткозамкнутым ротором.
Номинальные данные двигателя: 250 вт, 230 в, 1 440 об/мин, 3,2 а, пусковой ток 23,2 а.
Двигатель имеет две обмотки статора (рис. ,38) - рабочую и пусковую. При запуске двигателя одновременно включаются обе обмотки. Через 3,5 сек с момента запуска пусковая обмотка отключается и двигатель работает только с включенной рабочей обмоткой. Пуск двигателя осуществляется устройством автоматического управления дутьем.
Через штуцер с сальниковым уплотнением, ввернутый в нижнюю часть корпуса двигателя, выводятся концы рабочей обмотки Сх и С2 и пусковой обмотки Пi и Я2.
Для посадки крыльчатки на вал двигателя последний имеет шпонку. Поэтому крыльчатка серии МЦ, применяемая для однофазного двигателя, несколько изменена по сравнению с обычной крыльчаткой. Она имеет ступицу со шпоночной канавкой. Водоотражающий колпак закреплен непосредственно на крыльчатке (рис. 39)*.

*В настоящее время такие крыльчатки устанавливают и на трехфазных двигателях типа АЗЛ-31/4-.



Рис. 39. Крыльчатка серии МЦ № 4 (модернизированная).
1 - лопасть; 2 - диск; 3 - ступица; 4 - водоотражающий колпак.
В распределительной коробке установлено восемь предохранителей; четыре из них типа ПД-I имеют плавкие вставки на номинальный ток 4 а для напряжения 230 в и служат для защиты рабочей обмотки, а четыре предохранителя типа ПД-П имеют плавкие вставки на номинальный ток 10 а и служат для защиты пусковой обмотки двигателя.

Конструктивное выполнение трансформатора определяет­ся в значительной мере способом его охлаждения, который зависит от номинальной мощности. При увеличении мощнос­ ти трансформатора необходимо увеличивать и интенсивность его охлаждения. В силовых трансформаторах для отвода теплоты от обмоток и магнитопровода применяют следую­щие способы охлаждения: воздушное, масляное и посред­ ством негорючего жидкого диэлектрика. Каждый вид охлаж­ дения имеет соответствующее условное обозначение.

Трансформаторы с воздушным охлаждением (сухие транс­ форматоры). При естественном воздушном охлаждении ма гнитопровод, обмотки и другие части трансформатора имеют непосредственно со­ прикосновение с окру жающим воздухом, поэтому охлаждение их происходит путем конвекции воздуха и

излучения. Сухие трансформаторы (рис. 2.11) устанавли­ вают внутри помеще­ний (в зданиях, произ­ водственных цехах и пр.), при этом главным требованием яв ляется обеспече-ние по­ жарной безопасности. В эксплуатации они удобнее масляных, так как исключают необ­ходимость периоди-чес кой очистки и смены масла. Отметим, что воздух обладает меньшей электрической прочностью, чем трансформаторное ма­ сло, поэтому в сухих трансформаторах все и золяцион-ные проме жутки и вентиляционные каналы делают большими, чем в масляных. Из-за меньшей тепло-проводности воздуха по сравнению с маслом электромагнитные нагрузки активных материалов в сухих трансфор-маторах меньше, чем в масля­ ных, что приводит к увеличению сечения проводов обмотки и магнитопровода. Как следствие этого, масса активных частей (обмоток и магнитопровода) сухих трансформаторов больше, чем масляных. В настоящее время сухие трансфор­ маторы имеют мощности до 10 MB ·А и напряжения обмотки ВН до 35 кВ. Их устанавливают только в сухих закрытых помещениях с относительной влажностью воздуха до 80% во избежание чрезмерного увлажне-ния обмоток.

Сухие трансформаторы с естествен-ным воздушным охла­ждением могут иметь открытое (С), защищенное (СЗ) или герметизированное (СГ) исполнение. Трансформаторы типа СЗ закрывают защитным кожухом с отверстиями, а типа СГ-герметическим кожухом. Для повышения интенсивности охлаждения применяют обдув обмоток и магнитопровода потоком воздуха от вентилятора. Су­хие трансформаторы с воз­ душным дутьем условно обозначают СД.

Трансформаторы малой мощности выполняют, как правило, с охлаждением ти­ па С. В некоторых случаях их поме-щают в корпус, залитый термореактив-ными компаундами на основе эпо­ ксидных смол или других подобных материалов Та­ кие компаунды обладают высокими электроизоляци­ онными и влагозащит-ными свойствами. После затвер­ девания они не расплавля­ются при повышенных тем­ пературах и обеспечивают надежную защиту трансфо­ рматора от механических и атмосферных воздействий.

Трансформаторы с масля­ ным охлаждением. Втранс­форматорах с естес-твенным масляным охлаждением (М) магнитопровод с обмотками погружают в бак, наполненный тщательно очищенным минеральным (трансформаторным) маслом (рис. 2.12). Транс­ форматорное масло обладает более высокой тепло-проводно­ стью, чем воздух, и хорошо отводит теплоту от обмоток и магнитопровода трансформатора к стенкам бака, имеющего большую площадь охлаждения, чем трансформатор. Погруже­ние трансформатора в бак со специальным маслом обеспечи­ вает также повышение электрической прочности изоляции его обмоток и предотвращает ее увлажнение и потерю изоляцион­ных свойств под влиянием атмосферных воздействий. При правильной эксплуатации масляных трансформаторов, когда температура изоляции в наиболее нагретом месте не превыша­ет 105°С, трансформатор может служить 20... 25 лет. Повыше­ ние температуры на 8°С приводит к сокращению срока службы трансформатора примерно в 2 раза.

В трансформаторах мощностью 20...30кВ·А выделяется сравнительно небольшое количество теплоты, поэтому их баки имеют гладкие стенки. У более мощных трансформато­ ров (20... 1800 кВ·А) поверхность охлаждения бака искус­ ственно увеличивают, применяя ребристые или волнистые стенки либо окружая бак системой труб, в которых масло циркулирует за счет конвекции. Для повышения интенсивнос­ ти охлаждения в трансформаторах мощностью более 1800 кВ · А к баку пристраивают навесные или отдельно установленные трубчатые теплообменники (радиаторы), ко­ торые с помощью патрубков с фланцами сообщаются с внутренней полостью бака (рис. 2.12). В радиаторе проис­ ходит усиленная циркуляция масла и интенсивное охлажде­ ние. Масляные трансформаторы типа М применяют для мощностей 10... 10000 кВ · А.

Трансформаторы мощностью 10000...63000 кВ · А выпол­ няют обычно с дутьем (тип Д). В этом случае теплоотдача с поверхности радиаторов форсируется путем обдува их вентиляторами. Каждый радиатор обдувается двумя вен­ тиляторами, при этом теплоотдача увеличивается в 1,5... 1,6 раза. В трансформаторах с охлаждением типа ДЦ масло насосом откачивается из бака и прогоняется через навесные или отдельно установленные теплообменники (охладители), обдуваемые воздухом. Охлаждение с прину­ дительной циркуляцией масла применяют при мощностях 16000...250000 кВ · А и выше. При использовании масляно- водяного охлаждения нагретое масло проходит через теп­лообменники, охлаждаемые водой. Циркуляция масла осу­ ществляется за счет естественной конвекции (при охлаждении типа MB ) или же с помощью насоса (при охлаждении типа Ц).

Трансформаторы, охлаждаемые негорючим жидким диэлек­ триком. Трансформаторы с охлаждением типов Н и НД выполняют с герметизированным баком, заполненным него­ рючим жидким диэлектриком. Обычно применяют синтети­ ческие изоляционные материалы - совтол и др., которые имеют примерно такие же электроизоляционные свойства и теплопроводность, как и трансформаторное масло. Транс­ форматоры с охлаждением типов Н и НД пожаробезопасны и могут устанавливаться в закрытых помещениях. Их выпус­ кают мощностью 160...2500 кВ · А при напряжении 6 и 10 кВ.

Защита масла от соприкосновения с атмосферным возду­ хом. Во время работы масло в трансформаторе нагревается и расширяется. При уменьшении нагрузки оно, охлаждаясь, возвращается к первоначальному объему. Поэтому масляные трансформаторы мощностью 25 кВ · А и выше имеют неболь­ шой дополнительный бак-расширитель (рис. 2.12), соединен­ ный с внутренней полостью основного бака. При нагревании трансформатора изменяется объем масла, находящегося в расширителе. Объем его составляет около 10% от объема масла в баке. Применение расширителя позволяет значитель­ но сократить поверхность соприкосновения масла с возду­ хом, что уменьшает его загрязнение и увлажнение. Расшири­ тели имеют воздухоосушитель, заполненный сорбентом - ве­ ществом, поглощающим влагу из воздуха, поступающего в расширитель. При мощности 160 кВ · А и выше на них уста­навливают также термосифонный фильтр для непрерывного обезвоживания и очистки масла. Для более надежного предохранения от окисления трансформаторы большой мощ­ ности выполняют герметизированными с полной изоляцией масла, находящегося в расширителе, от атмосферного возду­ ха. Это осуществляется с помощью подушки, образующейся из инертного газа (азота) и расположенной между поверх­ ностью масла и гибкой растягивающейся мембраной - азот­ ная защита. Трансформаторы с азотной защитой можно выполнять также и без расширителя.

23. Устройство и способы охлаждения трансформатора.

Трансформаторы - это устройства для преобразования переменного тока и напряжения, преобразовательные устройства не имеющее подвижных частей. Не имеет значительных потерь мощности. Современные трансформаторы имеют высокий КПД - свыше 99 %. Трансформатор состоит из нескольких проволочных обмоток, находящихся на магнитопроводе (сердечнике) из ферромагнитного сплава.

Устройство

Основные части трансформатора - это магнитопровод и обмотки.

Магнитопровод трансформатора выполняют из листовой электротехнической стали. Перед сборкой листы с двух сторон изолируют лаком. Такая конструкция магнитопровода дает возможность в значительной степени ослабить в нем вихревые токи. Часть магнитопровода, на которой располагают обмотки, называют стержнем.

В стержневых трансформаторах имеются два стержня и соединяющих их два ярма (рис.2, а). Броневые трансформаторы имеют разветвленный магнитопровод с одним стержнем и ярмами, частично прикрывающими ("бронирующими") обмотки (рис.2, б).

Рис.2.Однофазные трансформаторы стержневого (а) и броневого (б) типов

Стержневая конструкция имеет наибольшее распространение, особенно в трансформаторах большой и средней мощности. Достоинства этой конструкции - простота изоляции обмоток, лучшие условия охлаждения, простота ремонта.

Однофазные трансформаторы малой мощности чаще имеют броневую конструкцию, что позволяет уменьшить габариты трансформатора. Кроме того, боковые ярма защищают обмотку от механических повреждений; это важно для трансформаторов малой мощности, которые часто не имеют защитного кожуха и располагаются вместе с другим электрооборудованием на общей панели или в общем шкафу.

Трехфазные трансформаторы обычно выполняют на магнитопроводе стержневого типа с тремя стержнями (рис.3).

В трансформаторах большой мощности применяют бронестержневую конструкцию магнитопровода (рис.4), которая хотя и требует несколько повышенного расхода электротехнической стали, но позволяет, уменьшить высоту магнитопровода (Н БС < Н с), а следовательно, и высоту трансформатора.

Рис.3. Трехфазный трансформатор стержневого типа: 1 - магнитопровод; 2 – обмотки

Рис.4. Магнитопроводы бронестержневого трансформатора: однофазного (а); трехфазного (б)

Это имеет большое значение при его перевозке в собранном виде.

По способу соединения стержней с ярмами различают магнитопроводы стыковые (рис.5, а) и шихтованные (рис.5, б). В стыковых магнитопроводах стержни и ярма собирают раздельно, а затем соединяют посредством крепежных частей. Такая конструкция магнитопровода облегчает посадку обмоток на стержни, так как для этого достаточно снять только верхнее ярмо. Но при шихтовой сборке магнитопровода, когда листы (полосы) собирают "внахлестку", воздушный зазор в месте стыка стержней и ярем может быть сделан минимальным, что значительно снизит магнитное сопротивление магнитопровода.

Рис.7.Форма сечения стержня

Форма поперечного сечения стержней зависит от мощности трансформатора: в небольших трансформаторах применяют стержни прямоугольного сечения (рис.7, а), в трансформаторах средней и большой мощности - стержни ступенчатого сечения (рис.7, б, в) с числом ступеней, возрастающим с увеличением мощности трансформатора. Ступенчатое сечение стержней обеспечивает лучшее использование площади внутри обмотки, так как периметр ступенчатого стержня приближается к окружности. В трансформаторах большой мощности для улучшения теплоотдачи между пакетами стали магнитопровода устраивают вентиляционные каналы (рис.7, в).

Обмотки трансформаторов выполняют из проводов круглого и прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой.

Обмотки бывают цилиндрические, располагаемые на стержнях, концентрические (рис.8, а) и дисковые, располагаемые на стержнях в чередующемся порядке (рис.8, б).

Магнитопровод трансформатора вместе с кожухом или баком заземляют, что обеспечивает безопасность обслуживания трансформатора в случае, если изоляция обмотки окажется пробитой.

Возможны два варианта взаимного расположения обмоток на стержнях магнитопроводов: раздельное расположение (на одном стержне обмотка ВН, а на другом применяют весьма редко и только в высоковольтных трансформаторах, так как это создает лучшие условия для надежной изоляции обмотки ВН от обмотки НН; однако в этом случае наблюдается увеличение магнитного потока рассеяния; наиболее распространено равномерное концентрическое расположение обмоток на всех стержнях магнитопровода (см. рис.2,а), так как это обеспечивает малую величину магнитного потока рассеяния. При этом обычно ближе к стержню располагают обмотку НН, так как она требует меньшей электрической изоляции от стержня (заземленного), затем укладывают слой изоляции из картона или бумаги и обмотку ВН.

Конструкция магнитопровода. Магнитопровод является конструктивной основой трансформатора. Он служит для проведения основного магнитного потока. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути этого потока и, следовательно, уменьшения намагничивающего тока магнитопровод выполняется из специальной электротехнической стали. Так как магнитный поток в трансформаторе изменяется во времени, то для уменьшения потерь от вихревых токов в магнитопроводе он собирается из отдельных электрически изолированных друг от друга листов стали. Толщина листов выбирается тем меньше, чем выше частота питающего напряжения. При частоте 50 Гц толщина листов стали принимается равной 0,35 - 0,5 мм. Изоляция листов осуществляется чаще всего лаковой пленкой, которая наносится с двух сторон каждого листа.

В магнитопроводе различают стержни и ярма. Стержень - это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, а ярмо - часть, не несущая обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи (рис. 1).

В зависимости от взаимного расположения стержней, ярм и обмоток магнитопроводы делятся на стержневые и броневые. В стержневых магнитопроводах ярма прилегают к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей. В броневых магнитопроводах ярма охватывают не только торцевые, но и боковые поверхности обмоток, как бы закрывая их броней.

Магнитопроводы однофазных трансформаторов показаны на рис. 2 и 3. В броневом магнитопроводе (рис. 2) имеются один стержень и два ярма, охватывающие обмотки.

По каждому ярму замыкается половина магнитного потока стержня, поэтому площадь поперечного сечения каждого ярма в 2 раза меньше площади сечения стержня. В стержневом магнитопроводе (рис. 3) имеются два стержня, на каждом из которых располагается по половине обмоток 1 и 2. Половины каждой из обмоток соединяются между собой последовательно или параллельно. При таком расположении обмоток уменьшаются магнитные потоки рассеяния и улучшаются характеристики трансформатора.

Способы охлаждения

Предельный нагрев частей трансформатора ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева. Чем больше мощность трансформатора, тем интенсивнее должна быть система охлаждения.

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется посредством естественной конвекции воздуха и частичного лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название «сухих». Условно принято обозначать естественное охлаждение при открытом исполнении С, при защитном исполнении - СЗ, при герметичном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха (дутьем) - СД.

Допустимое превышение температуры обмотки сухого трансформатора над температурой окружающей среды зависит от класса нагревостойкости изоляции и согласно ГОСТ 11677-85 должно быть не больше

60 °С для класса А,

75 °С - для класса Е,

80 °С - для класса В,

100 °С - для класса F,

125 °С - для класса Н

Данная система охлаждения малоэффективна, поэтому применяется для трансформаторов мощностью до 1600 кВ А при напряжении до 15 кВ.

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВА. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается маслу, циркулирующему по баку и радиаторам, а затем - окружающему воздуху. При номинальной нагрузке трансформатора в соответствии с Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95°С.

Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжают ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов. В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб помещают вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов осуществляется автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% от номинальной, а температура верхних слоев масла не более 55 °С, а также независимо от нагрузки при отрицательных температурах окружающего воздуха и температуре масла не выше 45 °С (ПТЭ). Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе трансформатора с номинальной нагрузкой 95 °С.

Форсированный обдув радиаторных труб улучшает условия охлаждения масла, а следовательно, обмоток и магнитопровода трансформатора, что позволяет изготовлять такие трансформаторы мощностью до 80 000 кВА.

Схема системы охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла: 1 - бак трансформатора; 2 - радиаторы охладителя; 3 - вентилятор обдува

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ) применяется для трансформаторов мощностью 63000 кВА и выше. Охладители состоят из тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители. Благодаря высокой скорости циркуляции масла, большой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Такая система охлаждения позволяет значительно уменьшить габаритные размеры трансформаторов. Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.

Схема масляного охлаждения с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители: 1 - бак трансформатора; 2 - масляный электронасос; 3 - адсорбционный фильтр; 4 - охладитель; 5 - вентилятор обдува

Масляно-водяное охлаждение трансформаторов с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как охлаждение ДЦ, но в отличие от последнего охладители в этой системе состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло. Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать 70 °С. Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора, давление масла в маслоохладителях в этом случае должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,02 МПа (2 Н/см2). Эта система охлаждения эффективна, но имеет довольно сложное конструктивное исполнение и поэтому применяется для мощных трансформаторов (160 MBА и более).