Главная
Основные части трансформатора: якорь, первичная и вторичные обмотки

Основные части трансформатора: якорь, первичная и вторичные обмотки

Элементы конструкции силовых трансформаторов



 



Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка.

Магнитная система

В магнитной системе проходит магнитный поток трансформатора (отсюда название «магнитопровод»). Магнитопровод является конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехнической стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

В течение многих лет применялась горячекатаная сталь ЭЧ1, ЭЧ2 с толщиной листов 0,5-0,35 мм, допускающая индукцию 1,4-1,45 Тл, с удельными потерями 2,5-3,5 Вт/кг.

В настоящее время применяется холоднокатаная текстурованная сталь марок 3405, 3406, т.е. сталь с определенной ориентировкой зерен, допускающая индукцию до 1,7 Тл, с удельными потерями 0,9-1,1 Вт/кг. Применение такой стали позволило значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большей допустимой магнитной индукции, уменьшить диаметр витков обмотки, уменьшить массу и габариты трансформаторов. Масса трансформаторов на единицу мощности в 1930г. достигала 3,33 т/(МВА), а в настоящее время 0,74 т/(МВА).

Уменьшение удельных потерь в стали, тщательная сборка магнитопровода, применение бесшпилечных конструкций, соединение стержней с ярмом с помощью косой шихтовки позволяют уменьшить потери холостого хода и ток намагничивания трансформатора. В современных мощных трансформаторах ток намагничивания составляет 0,5-0,6% I

ном, тогда как в трансформаторе с горячекатаной сталью ток достигал 3%; потери холостого хода уменьшились вдвое.

Листы трансформаторной стали должны быть тщательно изолированы друг от друга. Первоначально применялась бумажная изоляция – листы оклеивались с одной стороны тонким слоем специальной бумаги. Бумага создает потную электрическую изоляцию между листами, но легко повреждается при сборке и увеличивает размеры магнитопровода. Широко применяется изоляция листов лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Лаковая пленка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке. Последнее время все шире применяется двустороннее жаростойкое покрытие листов стали, наносимое на металлургическом заводе после проката. Толщина покрытия меньше 0,01 мм, что обеспечивает лучшие свойства магнитной системы. Стяжка стержней осуществляемся стеклобандажами, ярм – стальными полу бандажами или бандажами.

Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов трансформатора. На остове устанавливают обмотки и крепят проводники, соединяющие обмотки с вводами, составляя активную часть.

Рис. 1. Обмотки трансформатора:
а – концентрическая, б – чередующаяся

Обмотки трансформаторов

Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки НН и ВН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рис.1,а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рис.1,б). В такой обмотке значительное число паек, она менее компактна и применяется для специальных электропечных трансформаторов или для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной электрической и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от нее должна без повреждений выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения. Обмотки должны выдерживать электродинамические усилия, которые появляются при протекании токов КЗ. Необходимо предусмотреть надежную систему охлаждения обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изоляции.

Для проводников обмотки используются медь и алюминий. Как известно, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспечило широкое применение меди для обмоток трансформаторов. Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным сопротивлением, требует новой технологии выполнения обмоток. В настоящее время трансформаторы с алюминиевой обмоткой изготовляются на мощность до 6300 кВА.

В современных трансформаторах для обмотки применяется транспонированный провод, в котором отдельные проводники в параллельном пучке периодически изменяют свое положение. Это выравнивает сопротивление элементарных проводников, увеличивает механическую прочность, уменьшает толщину изоляции и размеры магнитопровода.

Изоляция трансформатора

Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции.

В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция).

Значительный эффект дает применение изоляции из специально обработанной бумаги (стабилизированной), которая менее гигроскопична, имеет более высокую электрическую прочность и допускает большой нагрев. В сухих трансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

Активную часть трансформатора вместе с отводами и переключающими устройствами для регулирования напряжения помещают в бак. Основные части бака – стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства – радиаторы.

В трансформаторах небольшой мощности бак выполняется с верхним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку трансформатора, а затем поднять активную часть из бака.

Если масса активной части более 25т, то она устанавливается на донную часть бака, а затем накрывается колоколообразной верхней частью бака и заливается маслом. Такие трансформаторы с нижним разъемом не нуждаются в тяжелых грузоподъемных устройствах для выемки активной части, так как при ремонтах после слива масла поднимается верхняя часть бака, открывая доступ к обмоткам и магнитопроводу.

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

Расширитель трансформатора

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него.

Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Для предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикагелевый воздухоосушитель. Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колебаниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается. Для предотвращения этого применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом), поступающим из специальных эластичных емкостей. Возможно применение специальной пленки – мембраны на границе масло-воздух. Осушение воздуха в расширителе осуществляют термовымораживателями.

К баку трансформатора крепится термосифонный фильтр, заполненный силикагелем или другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции масла через фильтр происходит непрерывная регенерация его.

Рис.2. Трансформатор трехфазный трехобмоточный ТДТН-16000-110-80У1
1 – бак, 2 – шкаф автоматического управления дутьем, 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

Для контроля за работой трансформатора предусматриваются контрольно-измерительные и защитные устройства. К контрольным устройствам относятся маслоуказатель и термометры. Маслоуказатель устанавливается на расширителе, термометр – на крышке бака. К защитным устройствам относятся реле понижения уровня масла и газовое реле.

На мощных трансформаторах 330-750 кВ дополнительно применяются устройства контроля изоляции вводов (КИВ) и манометры, контролирующие давление масла в герметичных вводах ВН. Основные конструктивные узлы трансформаторов показаны на рис.2.



 

Устройство трансформатора силового сухого/масляного | Дартекс

  • Дартекс
  • Cтатьи
  • Силовой трансформатор: устройство и основные виды

29.11.2021

Силовой трансформатор – это электротехническое оборудование. Он изменяет напряжение переменного электрического тока. Если на входе в трансформатор ток имеет более высокое напряжение, чем на выходе – то перед вами силовой понижающий трансформатор. Если из устройства выходит ток с более высоким напряжением, чем на входе – то трансформатор повышающий. Частота тока на входе и на выходе не меняется.

Работа трансформатора основана на электромагнитной индукции. Суть явления индукции: если через замкнутый контур пропускать магнитный поток, то в контуре возникнет электрический ток. Электромагнитную индукцию в 1831 году открыл знаменитый английский ученый Майкл Фарадей.

Устройство силового трансформатора сухого и масляного

Любой трансформатор состоит их магнитопровода, обмоток, системы охлаждения, регулирующих и контролирующих устройств.

Обмотки намотаны на сердечник из специальной электротехнической стали.

Сердечники бывают стержневые, броневые и тороидальные. В трансформаторах стержневого типа обмотка наматывается на весь сердечник. Поэтому вы видите только верхнюю и нижнюю части электромагнитного стержня. Если сердечник броневой – то обмотка почти полностью скрыта внутри сердечника. Тороидальный сердечник – это тот же стержень, но замкнутый в кольцо. Отец трансформатора Фарадей именно с помощью тороидальной катушки открыл электромагнитную индукцию.

Без системы охлаждения силовой трансформатор работать не может. Потому что под нагрузкой нагревается рабочая часть устройства – сердечник и обмотка на нем. Охлаждается трансформатор воздухом или маслом. Соответственно по способу охлаждения выделяют типы силовых трансформаторов: сухие и масляные.

Регулирует работу устройства специалист. Для этого на силовом трансформаторе производитель устанавливает реле и различные переключатели. Некоторые модели трансформаторов можно регулировать под нагрузкой, другие – только в выключенном состоянии.

Контролирует работу трансформатора инженер-электрик. Он следит за показателями датчиков температуры и давления внутри трансформатора.

Конструкция сухого силового трансформатора

Магнитопровод и обмотки есть во всех трансформаторах. Главное отличие между сухими и масляными трансформаторами в системе охлаждения.

  • В сухом трансформаторе нагретый воздух от магнитопровода и катушек движется естественным путем или его «гоняют» специальные вентиляторы.
  • В защитном кожухе сухого трансформатора делают специальные отверстия для лучшей вентиляции. Потому что воздушное охлаждение менее эффективно, чем масляное. Иногда ТС выпускаются в незащищенном исполнении.
  • К изоляции в сухих трансформаторах предъявляются повышенные меры пожарной безопасности. Потому что основная изолирующая среда для устройства – это воздух. А изолирующие свойства у воздуха хуже, чем у масла.

В сухих трансформаторах нет жидкостей. Поэтому обслуживать оборудование не так хлопотно. Кроме того, отсутствие масла в системе охлаждения позволяет устанавливать трансформатор рядом с потребителями электрической энергии.

Устройство трансформатора силового масляного


Рабочая часть масляного силового трансформатора состоит из сердечника и обмоток. А охлаждается трансформатор маслом. Его заливают в специальный бак с крышкой. Сверху на крышке расположены датчики давления и температуры масла, входы и выходы обмоток ВН и НН, регуляторы и переключатели.

Трансформаторы отличаются по конструкции масляного бака. Есть герметичные масляные силовые трансформаторы ТМГ. В них устанавливают бак с гофрированными стенками. Масло заливается в бак в вакууме. Оно не соприкасается с окружающей средой. Масляный силовой трансформатор обычной конструкции имеет на крышке расширитель и газовое реле. При сильном нагреве дополнительный объем масла поступает в расширитель.

Масляная система в состоянии охладить мощный трансформатор. Но масло – это горючая жидкость. Поэтому «начинка» масляного трансформатора спрятана в прочный корпус.

Силовые трансформаторы – это габаритные устройства. Для удобного ремонта и установки их комплектуют дополнительными устройствами. Например, колесиками или дополнительными датчиками.