Тема: Силові трансформатори. Будова, монтаж, обслуговування

Зміст

І. Конструкція силових трансформаторів

II. Ремонт трансформаторів

1. Дефектація та розбирання трансформаторів

III. Ремонт обмоток трансформаторів

IV. Ремонт деталей трансформатора

1. Складання трансформаторів

2. Накладання ізоляції і налаштувування обмоток на стержні магнітопровода

3. Складання трансформаторів і схеми з'єднання

Список використаних джерел

І. Конструкція силових трансформаторів

Потужний трансформатор високої напруги - це пристрій, який складається з великої кількості конструктивних елементів, основними з яких є: магнітна система (магнітопровід), обмотки, ізоляція, виводи, бак, охолоджувальний пристрій, механізм регулювання напруги, захисні та вимірювальні пристрої, візок.

У трансформаторах невеликої потужності бак має верхню знімну кришку, тому під час ремонту необхідно зняти цю кришку, а потім підняти активну частину з бака.

Якщо маса активної частини перевищує 25т, вона встановлюється на донну частину бака, а потім накривається дзвоникоподібною верхньою частиною бака і заливається маслом. Такі трансформатори з нижнім рознімним дном не потребують вантажопідйомних пристроїв, щоб вийняти активну частину, тому що після зливання масла верхня частина бака піднімається, відкриваючи доступ до обмоток і магнітопровода. Для зменшення втрат від потоків розсіювання стальні баки екрануються з внутрішньої сторони пакетами з електротехнічної сталі або пластинами з немагнітних матеріалів (мідь, алюміній).

У магнітній системі наявний магнітний потік трансформатора (звідси назва "магнітопровід"). Магнітопровід є конструктивною і механічною основою трансформатора. Слід зазначити, що якість електротехнічної сталі впливає на допустиму магнітну індукцію та втрати в магнітопроводі.

Магнітопровід і його конструктивні деталі є основою трансформатора, на якій встановлюють обмотки і кріплять провідники, що з'єднують обмотки з вводами, створюючи активну частину.

Магнітопровід з насадженими на його стержні обмотками - це активна частина трансформатора. Інші елементи трансформатора називаються неактивними (допоміжними) частинами. Розглянемо детальніше конструкцію основних частин трансформатора.

Магнітопровід в трансформаторі виконує дві функції: по-перше, він утворює магнітне коло, по якому замикається основний магнітний потік трансформатора, а по-друге, є основою для встановлення та кріплення обмоток, виводів, перемикачів. Магнітопровід має шихтовану конструкцію, тобто він виготовляється з тонких (товщиною близько 0,5мм) штампованих пластин з електротехнічної сталі або залізонікелевих сплавів, покритих ізолюючою плівкою (наприклад лаком). Така конструкція магнітопровода зменшує вихрові струми, які індукуються в ньому змінним магнітним потоком, і тим самим, зменшує втрати енергії в трансформаторі. Використовують також феритові магнітопроводи (осердя) з двох однакових половинок. Стержневі сердечники застосовують в трансформаторах потужністю понад 1кВт.

Силові трансформатори залежно від конструкції магнітопровода бувають трьох типів: стержневі, броньові, бронестержневі, а також тороїдальні.

У трансформаторах з тороїдальними магнітопроводами найбільш повно використовуються магнітні властивості матеріалу. Тороїдальні трансформатори мають малі потужності розсіювання і створюють слабі зовнішні магнітні поля.

Магнітопровід у тороїдальних трансформаторів має форму кільця, що виготовлене із сталевої стрічки. Ці трансформатори мають меншу масу, оскільки для їхнього виготовлення потрібно менше сталі та провода для обмоток. У них також майже відсутнє магнітне розсіювання. Індукція в тороїдальних осердях більша ніж у броньових або стержневих, тому можна зменшити розміри і вагу трансформаторів. Трансформатори з тороїдальним осердям мають кращі умови для охолодження обмоток, тому що витки розміщені по всьому тороїду. При цьому зменшується довжина витка, відповідно витрачається менше міді та підвищується коефіцієнт корисної дії трансформатора.

Рис.1. Магнітопровід трифазного трансформатора стержневого типу з обмотками:

а - вертикальні стержні, на яких розміщені обмотки, зверху і знизу замкнені ярмами; б - зовнішній вигляд магнітопровода; 1 - вертикальні стержні; 2 - обмотки; 3 - ярмо

У магнітопроводі стержневого типу (рис.1, а) вертикальні стержні 1, на яких розміщені обмотки 2, зверху і знизу замкнені ярмами 3. На кожному стержні розміщені обмотки відповідної фази, де проходить магнітний потік цієї фази: у крайніх стержнях - потоки Ф_А і Ф_с, а в середньому стержні - потік Ф_в На рис.1,6 показано зовнішній вигляд Магнітопровіда. При цьому стержні мають ступінчатий переріз, що вписується в круг діаметром d (рис.2).

а) б)

Рис.2. Форма перерізу стержнів: а - трансформаторів малої і середньої потужності; б - трансформаторів великої потужності; д - діаметр круга, в який вписуються стержні ступінчатого перерізу

Стержні трансформаторів великої потужності мають багато ступенів, що забезпечує краще використання площі круга всередині обмотки. Для поліпшення тепловіддачі інколи між окремими пакетами стержня залишають повітряні зазори 5-6мм, що служать вентиляційними каналами.

Магнітопровід броньового типу - це розгалужена конструкція з стержнем та ярмами, які частково прикривають обмотки (бронюють). Магнітний потік у стержні магнітопровода броньового типу в два рази більший, ніж в ярмах, кожне з яких має переріз, у два рази менший від перерізу стержня. Унаслідок технологічних труднощів виготовлення магнітопроводів броньового типу, їх використовують лише у силових трансформаторах дуже малої потужності (радіотрансформатори).

У трансформаторах великої потужності застосовують бронестержневу конструкцію магнітопровода, яка хоч і вимагає збільшених витрат електротехнічної сталі, але дає змогу зменшити висоту магнітопровода (Н_Бс < Не) і висоту трансформатора.

Рис.3. Стикова (а) і шихтована (б) конструкції магнітопроводів

За способом спряження стержнів з ярмами розрізняють стикову і шихтовану конструкцію стержневого магнітопровода (рис.3).

При стиковій конструкції (рис.3, а) стержні і ярма збирають окремо. Обмотки накладають на стержні, а після цього прикладають верхнє і нижнє ярма, підклавши перед цим ізолюючі прокладки між стикуючими елементами, які зменшують вихрові струми, що виникають при взаємному перекритті листів стержнів і ярм. Після встановлення двох ярем всю конструкцію пресують і стягують вертикальними шпильками.

Шихтована конструкція магнітопроводів силових трансформаторів показана на (рис.3, б), в якій стержні та ярма збирають на перепліт. Зазвичай шар складається з 2-3 листів. У наш час магнітопроводи силових трансформаторів виготовляють з холоднокатаної електротехнічної сталі, в якій магнітні властивості вздовж напряму прокатки листів кращі ніж упоперек. Тому при шихтованій конструкції в місцях повороту листів на 90° появляються "зони несуміщення" напряму прокатки з напрямом магнітного потоку. На цих ділянках спостерігається збільшення магнітного опору і зростання магнітних втрат. Для послаблення цього явища використовують для шихтовки пластини зі скошеними краями. У цьому випадку замість прямого стику (рис.4, а) одержують косий стик (рис.4, б), у якого "зона несуміщення" набагато менша.

Рис.4. Зони несуміщення при прямому (а) і косому (б) стиках

Недоліком магнітопроводів шихтованої конструкції є деяка складність збирання, оскільки для насадження обмоток на стержні потрібно розшихтовувати верхнє ярмо, а після насадження обмоток знов його зашихтовувати.

Рис.5. Опресування ярма:

1 - стержні; 2 - ярмові балки; 3 - ярмо

Стержні магнітопроводів для запобігання розхитування обпресовують (закріплюють), накладаючи на стержні бандаж із склострічки або сталевого дроту. Для обпресування ярем (рис.5) 3 та місць їх спряження з стержнями 1 використовують ярмові балки 2, які в місцях, що виходять за крайні стержні стягують шпильками.

Щоб запобігти виникненню різниці потенціалів між металевими частинами під час роботи трансформатора, що може викликати пробій ізоляційних проміжків, які розділяють ці частини, Магнітопровід і деталі його кріплення обов'язково заземлюють.

Заземлення виковують мідяим" стрічками, які вставляють між сталевими пластинами магнітопровода одними кінцями та прикріпляють їх до ярмових балок другими кінцями.

Обмотки. У сучасних трансформаторах для обмотки використовують транспонований провід, в якому окремі провідники в паралельному пучку періодично змінюють своє положення. При цьому вирівнюється опір елементарних провідників, збільшується механічна міцність, зменшується товщина ізоляції та розміри магнітопровода.

Обмотки трансформаторів повинні мати достатню електричну та механічну міцність. Ізоляція обмоток і відводів від неї мають бути без пошкоджень, витримувати комутаційні й атмосферні перенапруги. Обмотки повинні витримувати електродинамічні зусилля, які з'являються при протіканні струмів КЗ (короткого замикання). Необхідно передбачити надійну систему охолодження обмоток, щоб не виникав недопустимий перегрів ізоляції.

Рис.6. Обмотки трансформаторів а) концентричні; б) дискові

За взаємним розміщенням на стержні обмотки трансформаторів можуть бути концентричними та дисковими. У першому випадку обмотки низької напруги НН і високої напруги ВН виконують у вигляді циліндрів і розташовуються на стержні концентрично одна відносно іншої (рис.6, а). Така конструкція прийнята в більшості силових трансформаторів. У другому випадку обмотки ВН и НН виконуються у вигляді невисоких циліндрів з однаковими діаметрами і розташовують на стержні одна над іншою (рис.6, б).

Рис.7. Конструкція концентричних обмоток: а - циліндричні одношарові та двошарові обмотки; б - гвинтові обмотки; в - неперервні обмотки

Для того, щоб всі паралельні проводи мали однакове струмове навантаження, виконують транспозицію (перекладку) цих проводів.

У трансформаторах з масляним охолодженням магнітопровід з обмотками розміщується у баку з трансформаторним маслом (рис.7).

Трансформаторне масло відбирає тепло від обмоток і магнітопровода, які нагрілись внаслідок проходження по них струму. Трансформаторне масло, володіючи більш високою теплопровідністю ніж повітря, через стінки бака 4 і труби радіатора 5 віддає тепло в навколишнє середовище. Наявність трансформаторного масла забезпечує більш надійну роботу високовольтних трансформаторів, оскільки електрична міцність масла набагато більша від повітря. Масляне охолодження інтенсивніше від повітряного, тому габарити та вага масляних трансформаторів менші, ніж сухих трансформаторів такої ж потужності.

Рис.8. Конструкція трансформатора з масляним охолодженням:

1 - магнітопровід; 2\3 - обмотки; 4 - бак; 5 - труби радіатора; 6 - рукоятка перемикача напруги; 7 і 8 - вводи для під'єднання обмоток трансформатора до зовнішнього кола; 9 - розширювальний бачок

У трансформаторах потужністю до 20-30 кВ/А використовують баки з гладкими стінками. Щоб збільшити поверхню потужніших трансформаторів, яка охолоджується, стінки бака виготовляють ребристими або використовують трубчасті баки. Масло нагрівається, піднімається догори, а охолоджуючись, опускається вниз. При цьому масло циркулює в трубах, що сприяє більш швидкому його охолодженню.

Для компенсації об'єму масла при зміні температури, а також для захисту масла від окислення і зволоження при контакті з повітрям в трансформаторах використовують розширювальний бачок 9, що є циліндричною посудиною, яка розміщується над кришкою бака і сполучається з ним трубами. Коливання рівня масла із зміною його температури відбувається не в баку, який завжди заповнений маслом, а в розширювальному бачку, який сполучений через вивід з атмосферою.

Трансформатор має дві або три обмотки, які розміщені на спільному манітопроводі (осерді), що виготовлений з феромагнітного матеріалу (рис.8). Одна з обмоток (первинна w1 приєднується до генератора змінного струму, який потрібно перетворити. Струм первинної обмотки створює в магнітопроводі змінний магнітний потік Ф.