1. Описание конструкции и принцип действия силовых элементов сети

1. Силовой масляный трансформатор Трансформаторы.

Трансформаторы предназначаются для преобразования электрической энергии с одного напряжения переменного тока на другое напряжение, необходимое для передачи или распределения электроэнергии потребителям. Известно, что передача электро­энергии на дальние расстояния осуществляется при высоком нап­ряжении, благодаря чему значительно уменьшаются электрические по­тери в линии электропередачи. Получить такое высокое напря­жение в генераторе невозможно, поэтому электроэнергия после генератора подается на повышаю­щий трансформатор, в котором напряжение увеличивается до требуемого значения. Это напря­жение должно быть тем выше, чем больше протяженность ли­нии электропередачи и чем боль­ше передаваемая по этой линии мощность. В местах распределения электро­энергии между потребителями ус­танавливают понижающие транс­форматоры, которые понижают напряжение до требуемого зна­чения. И наконец, в местах потребления электроэнергии напряже­ние еще раз понижают посредст­вом трансформаторов до 220, 380 или 660 В. При таком напряжении электроэнергия подается непо­средственно потребителям на рабочие места предприятий и в жилые помещения.

Таким обра­зом, электроэнергия переменно­го тока в процессе передачи от электростанции к потребителям подвергается трех, а иногда и четырехкратному трансформиро­ванию. Помимо этого основного применения трансформаторы ис­пользуются в различных электро­установках, устройствах авто­матики, связи и т. д.

Конструкция масляных трансформаторов.

Рассмотрим основные конструктивные детали трансформаторов:

• Переключающие устройства обмоток трансформатора служат для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах, поддерживания номинального напряжения на зажимах вторичной обмотки при изменении напряжения на первичной или вторичной обмотке. С этой целью обмотки ВН трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями, которые подсоединяют к переключателям.

Рисунок 1.1 -  Активная часть трансформатора серии ТМ: 1 - ярмо, 2 и 3 - обмотки ВН и НН, 4 - магнитопровод

Необходимость регулирования вызвана тем, что в электросистемах возможны различные отклонения от нормального режима электроснабжения, приводящие к неэкономичной работе приемников, преждевременному износу и сокращению сроков их службы.

В трансформаторах могут быть два вида переключений ответвлений: под нагрузкой - РПН (регулирование под нагрузкой) и без нагрузки после отключения трансформатора - ПБВ (переключение без возбуждения). С помощью ПБВ и РПН можно поддерживать напряжение, близким к номинальному во вторичных обмотках трансформаторов.

Переключение осуществляют изменением числа витков с помощью регулировочных ответвлений обмоток, т. е. изменением коэффициента трансформации, который показывает, во сколько раз напряжение обмотки ВН больше напряжения обмотки НН или во сколько раз число витков обмотки ВН больше числа витков обмотки НН.

• Бак трансформатора, в который погружена активная часть, представляет собой стальной резервуар овальной формы, заполненный трансформаторным маслом. Масло, являясь охлаждающей средой, отводит теплоту, выделяющуюся в обмотках и магнитопроводе, и отдает ее в окружающую среду через стенки и крышку бака. Кроме охлаждения активной части трансформатора масло повышает степень изоляции между токоведущими частями и заземленным баком.

Для увеличения поверхности охлаждения трансформатора баки изготовляют ребристыми, вваривают в них трубы или снабжают съемными радиаторами (только у трансформаторов мощностью до 25 кВА стенки бака гладкие). Радиаторы присоединяют к стенкам бака патрубками со специальными радиаторными кранами. У верхнего торца бака к его стенкам приваривают раму из угловой или полосовой стали, к которой крепят крышку на прокладках из маслоупорной резины.

В нижней части бака всех типов трансформаторов имеется кран для взятия пробы и слива масла, а в его днище (в трансформаторах мощностью выше 100 кВА) - пробка для спуска осадков после слива масла через кран. Второй кран устанавливают на крышке бака, через который заливают в него масло. Оба крана служат одновременно для присоединения к ним маслоочистительных аппаратов.

К дну баков трансформаторов массой выше 800 кг приваривают тележку с поворотными катками, конструкция крепления которых позволяет изменять направление передвижения трансформаторов с поперечного на продольное. Для подъема трансформатора на баке имеется четыре кольца-рыма. Активная часть поднимается за скобы в верхних консолях магнитопровода.

На крышке бака размещены вводы, расширитель и защитные устройства (выхлопная предохранительная труба, реле давления, газовое реле, пробивной предохранитель). К стенкам бака приваривают подъемные крюки, прикрепляют манометрический сигнализатор (у трансформаторов мощностью свыше 1000 кВА) и устанавливают фильтры. Трансформатор серии ТМ-1000-10 показан на рис. 1.2.

• Вводы 14 и 15 представляют собой фарфоровые проходные изоляторы, через которые выводы обмоток трансформатора присоединяются к электрическим сетям.

• Большинство трансформаторов оборудовано расширителями (рис. 1.3), обеспечивающими постоянное заполнение бака маслом и уменьшающими поверхность соприкосновения масла с воздухом, следовательно, защищающими масло от увлажнения и окисления. У расширителя есть отверстие для всасывания и вытеснения воздуха при изменении уровня содержащегося в нем масла (дыхательная пробка).

Рис. 1.2 - Трехфазный силовой трансформатор мощностью 1000 кВА с масляным охлаждением: 1 - бак, 2 и 5 - нижняя и верхняя ярмовые балки магнитопровода, 3 - обмотка ВН, 4 - регулировочные отводы к переключателю, 6 - магнитопровод, 7 - деревянные планки, 8 - отвод от обмотки ВН, 9 - переключатель, 10 - подъемная шпилька, 11 - крышка бака, 12 - подъемное кольцо (рым), 13 и 14 - вводы ВН и НН, 15 - предохранительная труба, 16 - расширитель (консерватор), 17 - маслоуказатель, 18 - газовое реле, 19 - циркуляционные трубы, 20 - маслоспускной кран, 21 - катки.

Расширитель имеет цилиндрическую форму, закрепляется на кронштейне, установленном на крышке 6 трансформатора, и сообщается с баком трансформатора трубопроводом, не выступающим ниже внутренней поверхности крышки трансформатора и заканчивающимся внутри расширителя выше его дна во избежание попадания осадков масла в бак 1. В нижней части расширителя имеется пробка для слива масла из него.

Объем расширителя определяют так, чтобы уровень масла оставался в его пределах как летом при 35 °С и полной нагрузке трансформатора, так и зимой при минимальной температуре масла и отключенном трансформаторе. Для наблюдения за уровнем масла на боковой стенке расширителя устанавливают маслоуказатель 2, выполненный в виде стеклянной трубки в металлической оправе.

Рисунок - 1.3 Расширитель: 1 - бак расширителя, 2 - маслоуказатель, 3 - маслоуказательное стекло, 4 - угольник, 5 - запирающий болт, 6 - крышка трансформатора, 7 - газовое реле, 8 - плоский кран, 9 - трубопровод, 10 - опорная пластина.

• Негерметичные масляные трансформаторы мощностью 160 кВА и более, в которых масло в расширителе соприкасается с окружающим воздухом, имеют термосифонный или адсорбционный фильтр, а трансформаторы мощностью 1 мВА и более с естественным масляным охлаждением и азотной подушкой - термосифонный фильтр (кроме трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком).

• Масляные трансформаторы мощностью 1 мВА и более с расширителем снабжают защитным устройством, предупреждающим повреждение бака при внезапном повышении внутреннего давления более 50 кПа. К защитным устройствам относят выхлопную трубу со стеклянной диафрагмой и реле давления. Масляные трансформаторы и трансформаторы с жидким диэлектриком с азотной подушкой без расширителя имеют реле давления, срабатывающее при повышении внутреннего давления более 75 кПа. При достижении определенного давления в баке механизм срабатывает, разбивает диафрагму и обеспечивает свободный выход газам.

• Трансформаторы мощностью 1 мВА и более, имеющие расширитель, снабжают газовым реле, которое реагирует на повреждения внутри бака трансформатора (электрический пробой изоляции, витковое замыкание, местный нагрев магнитопровода), сопровождающиеся выделением газа или резким увеличением скорости перетекания масла из бака в расширитель. Основной элемент этой защиты - газовое реле, устанавливаемое обычно на трубопроводе, который соединяет расширитель с баком, имеющим наклон к горизонтали от 2 до 4 В газовом реле имеются две пары контактов для работы на сигнал или отключение.

• Для заземления трансформаторов служит специальный заземляющий контакт с резьбой не менее M12, расположенный в доступном месте нижней части бака со стороны НН и обозначенный четкой несмывающейся надписью «Земля» или знаком заземления. Поверхность заземляющего контакта должна быть гладкой и зачищенной; заземление осуществляют подсоединением стальной шины сечением не менее 40х4 мм.

• Для измерения температуры масла на трансформаторах монтируют ртутные термометры со шкалой от 0 до 150 °С или термометрические сигнализаторы ТС со шкалой от 0 до 100 °С. Последние снабжены двумя передвижными контактами, которые можно установить на любую температуру в пределах шкалы. На трансформаторах мощностью 6300 кВА и выше установлены термометры сопротивления.

• Для сушки и очистки увлажненного и загрязненного воздуха, поступающего в расширитель при температурных колебаниях масла, все трансформаторы снабжены воздухоочистительным фильтром — воздухоосушителем (рис. 1.4), который представляет собой цилиндр, заполненный силикагелем и размещенный на дыхательной трубке 1 расширителя.

• В нижней части цилиндра расположен масляный затвор 5 для очистки засасываемого воздуха, в верхней части — патрон с индикаторным силикагелем, который при увлажнении меняет свою окраску с голубой на розовую.

• Для поддержания изоляционных свойств масла, а следовательно, продления срока его службы предназначен термосифонный фильтр (рис. 1.5), представляющий собой цилиндрический аппарат, заполненный активным материалом - сорбентом (поглотителем продуктов старения масла).

Фильтр присоединяют к баку трансформатора двумя патрубками и промежуточными плоскими кранами. Параллельно радиаторам подсоединен термосифонный фильтр. Следовательно, через фильтр масло проходит сверху вниз и непрерывно очищается. Фильтры устанавливают на трансформаторах мощностью 160 кВА и выше.

Рисунок 1.4 -  Воздухоочистительный фильтр (воздухоосушитель): 1 - дыхательная трубка, 2 - соединительная муфта, 3 - смотровое окно, 4 - бак трансформатора, 5 - масляный затвор, 6 - указатель уровня масла в затворе, 7- кронштейн.

Рисунок 1.5 -  Термосифонный фильтр: 1 - радиаторные краны, 2 - загрузочный люк, 3 - пробка с отверстием для выпуска воздуха, 4 - силикагель, 5 - сетка, 6 - дно с отверстиями, 7,8 - пробки для отбора пробы масла и его слива, 9 - корпус фильтра, 10 - стенка бака трансформатора

Свойства трансформатора определяются его номинальными параметрами:

• номинальное первичное линейное напряжение , В или кВ;

• номинальное вторичное линейное напряжение (напряжение на выводах вторичной обмотки при отклю­ченной нагрузке и номинальном первичном напряжении), В или кВ;

• номинальные линейные токи в первичной и вторич­ной обмотках, А;

• номинальная полная мощность Sном, кВА (для однофазного трансформатора = , для трехфазного -

Номинальные линейные токи вычисляют по номинальной мощности трансформатора: для трехфазного трансформатора

,где - номинальная мощность трехфазного трансформатора, кВА.

Каждый трансформатор рассчитан для включения в сеть пе­ременного тока определенной частоты. В России трансформаторы общего назначения рассчитаны на частоту f=50 Гц, в устройствах автоматики и связи при­меняют трансформаторы на частоты 50, 400 или 1000 Гц.