Устройство трансформаторов. Общие сведения

Конструктивная форма трансформатора зависит от его назначения и области применения. Однако каждый трансформатор имеет одни и те же главные конструктивные элементы – магнитопровод и обмотки.

В зависимости от класса напряжения обмотки ВН и мощности силовые трансформаторы и автотрансформаторы условно делят на семь габаритов.

Таблица 3. Классификация силовых трансформаторов общего назначения по габаритам

Номера габаритов	Номинальная мощность, кВА	Класс напряжения, кВ
I	16 – 100	6 и 10
II	125 – 630	6; 10 и 35
III	1000 – 6300	6; 10 и 35
IV	10000 – 80000 2500 – 80000 До 40000	150 и 220
V	100000 – 400000 63000 – 320000 400000 и выше	150 и 220 150 и 220
VI	Все трансформаторы и автотрансформаторы классов напряжения 330 и 500 кВ
VII	Все трансформаторы и автотрансформаторы классов напряжения 750 и выше

Трансформаторы, имеющие мощность или напряжение, не соответствующие стандартной шкале, относят к габариту и группе ближайшей стандартной мощности или напряжения.

Типы трансформаторов:

Каждому типу трансформаторов присваивают обозначение, которое состоит из букв и цифр. Буквы в обозначении типов маслонаполненных и сухих трансформаторов, обозначают:

О – однофазное исполнение;

Т – трехфазное исполнение;

Н – регулирование напряжение под нагрузкой;

А – автотрансформаторное соединение обмоток;

Р – с расщепленными обмотками;

Г – грозоупорное исполнение (в результате специальной емкостной защиты обмоток);

С – сухое исполнение;

М – масляное охлаждение с естественной циркуляцией масла внутри бака и воздуха снаружи;

Д – масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла;

ДЦ – масляное охлаждение с дутьем и с принудительной циркуляцией масла;

МВ – масляно-водяное охлаждение с естественной циркуляцией масла и воды;

Ц – масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла и воды.

Вторичное употребление буквы Т в обозначении типа трехфазного трансформатора или ее применение для обозначения однофазного показывает, что трансформатор трехобмоточный.

Цифры в числителе показывают мощность трансформатора в кВА, в знаменателе – класс напряжения обмотки ВН в кВ.

Например, ТМ-400/10 – трехфазный трансформатор, масляное охлаждение с естественной циркуляцией, мощность 400 кВА, класс напряжения 10 кВ; ТДТГ-20000/110 – трехфазный трансформатор, с дутьевым охлаждением, трехобмоточный, грозоупорное исполнение, мощность 20000 кВА, класс напряжении 110 кВ.

Согласно шкале мощностей трансформаторов и автотрансформаторов номинальные мощности в кВА трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов должны соответствовать ряду

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Основными частями трансформатора являются: магнитопровод, обмотки, переключатель, вводы, отводы, изоляция, бак, охладители, вспомогательное оборудование и аппаратура, защитные и контрольно-измерительные устройства.

Магнитопровод представляет собой магнитную систему трансформатора, собранную из пластин электротехнической стали. Он предназначен для концентрации основного магнитного потока, сцепленного с обмотками. Состоит из стержней, на которых расположены обмотки, и ярм, служащих для замыкания магнитной цепи. Пластины изолированы друг от друга пленкой жаростойкого покрытия или лака либо сочетанием жаростойкой или лаковой пленок. Различают броневые и стержневые магнитопроводы.

Обмотки, размещенные на стержнях трехстержневого магнитопровода, называют фазными обмотками трансформатора. Их соединение в трехфазные схемы дает трехфазный трансформатор.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Обмотки масляных силовых трансформаторов I и II габаритов выполняют из алюминиевых обмоточных проводов АПБ, III – VII – из медных ПБ. Толщину изоляции обмоточных проводов принято указывать на обе стороны. Ее выбирают в зависимости от напряжения: для обмоток трансформаторов с напряжением до 35 кВ обычно берут нормальную толщину изоляции – 0,45 мм, для класса 110 кВ – 1,35 – 2 мм, для более высоких напряжений – еще больше. Кроме проводов в устройство обмоток входят изоляционные детали и материалы. Обмотки отличаются друг от друга типом, количеством витков, поперечным сечением и маркой провода, направлением намотки, изоляционными расстояниями и толщиной витковой изоляции. Чем больше напряжение трансформатора, тем больше количество витков; с увеличением мощности возрастают сечения проводов и размеры обмоток. Обмотки НН и ВН располагают на стрежнях магнитопроводов концентрически: обмотку НН внутри, обмотку ВН снаружи (в специальных

трансформаторах

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

иногда наоборот). Между ними устанавливают изоляционные цилиндры.

Переключатель служит для изменения напряжения силовых трансформаторов, путем регулирования числа витков в обмотках, т.е. изменением коэффициента трансформации путем переключения регулировочных ответвлений обмоток. Переключающие устройства, предназначенные для переключения ответвлений обмотки одной фазы, называется однофазными. Если переключение ответвлений трехфазного трансформатора осуществляется одним переключателем, его называют трехфазным.

Для соединения концов обмоток между собой и с вводами, подключения регулировочных ответвлений к переключателям и других соединений внутри трансформатора применяют провода называемые отводами. Отводы, служащие для соединения обмоток с вводами, называют линейными или основными; соединяющие переключатель с обмотками – регулировочными. Отводы изготовляются из медных и алюминиевых проводников, которые бывают в виде шин, прутков и гибкого кабеля. Отводы диаметром до 5,2 мм для напряжений 6 – 35 кВ изолируют кабельной бумагой.

Для вывода концов обмоток из трансформатора наружу и подключения к сети служат вводы – фарфоровые проходные изоляторы, через внутреннюю полость которых проходит токоведущий стержень. Вводы устанавливают на крышке или, реже, на боковой стенке бака. Внутри трансформатора ввод соединяют с обмоткой, снаружи верхний конец ввода имеет зажим для присоединения к сети. Вводы изготовляют на напряжение: 0,5; 1; 3; 6 – 10; 20; 35; 110; 220; 330; 500 и 750 кВ. При работе обмотки и другие токоведущие части трансформатора находятся под рабочим напряжением сети. В процессе эксплуатации они подвергаются также различного рода электрическим перенапряжениям. Поэтому все токоведущие части трансформатора должны быть надежно изолированы друг от друга и от заземленных деталей. Изоляцию маслонаполненных трансформаторов делят на внутреннюю и внешнюю. К внутренней, относят изоляцию, расположенную внутри бака (в масле), к внешней – изоляцию, находящуюся вне бака (в воздухе).

Различают следующие элементы внутренней изоляции: главную изоляцию обмоток; продольную изоляцию обмоток; изоляцию обмоток, переключающих устройств, отводов относительно бака и других заземленных частей. Главной изоляцией обмоток называют такую, которая изолирует обмотки друг от друга и от заземленных частей остова. Продольная изоляция обмотки включает в себя витковую изоляцию, изоляцию между катушками или дисками, между элементами емкостной защиты и между слоями обмотки. В витковую изоляцию входит толщина изоляции обмоточного провода. Изоляция между катушками обеспечивается масляным каналом, образованным изоляционными прокладками. Изоляция обмоток, переключающих устройств и отводов относительно бака и других заземленных частей состоит из твердой изоляции и масляных промежутков. При номинальных напряжениях 6 – 10 кВ промежуток от обмотки до стенки бака по маслу должен быть не менее 25 мм, от отвода до стенки бака при толщине изоляции на отводе 2 мм на сторону изоляционный промежуток должен быть не менее 10 мм.

К внешней изоляции трансформатора относится изоляция вне бака трансформатора. Она включает промежутки между токоведущими частями вводов и расстояние от вводов до заземленных частей бака и его устройств. Изоляционные промежутки выбирают по нормам изоляционных расстояний в воздухе. При напряжении 10 кВ минимальное расстояние между вводами 110 мм. Примерно то же расстояние принимают между вводами и заземленными частями (предохранительной трубой, расширителем и др.). На практике эти промежутки увеличивают на 10 -15 мм, учитывая возможные отклонения размеров при сборке.

Бак – это резервуар овальной или прямоугольной формы, изготовленный из стальных листов и предназначенный для установки активной части. В верхней части бак трансформатора имеет раму с отверстиями для крепления крышки. Крышка закрывает бак и служит основанием для установки расширителя, вводов, привода переключателя, рымов и других устройств. Для передвижения трансформаторов баки снабжены транспортными тележками или каретками с катками.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Рис.12- Крышка трансформатора ТМ-400/10 (вид сверху):

1 – отверстие для соединения с расширителем, 2 – рым, 3 – ввод ВН, 4 – переключатель, 5 – кран, 6 –термометр, 7 – пробивной предохранитель, 8 – нулевой ввод НН, 9 – линейный ввод НН, 10 – крышка,

11 – место установки расширителя

С изменением электрической нагрузки и температуры окружающего воздуха изменяется температура масла в трансформаторе. При одной и той же нагрузке летом температура масла выше, зимой – ниже. Колебания температуры вызывают изменение объема масла в баке.Чтобы бак трансформатора всегда был заполнен маслом, на трансформаторах класса напряжения 6 кВ и выше, мощностью 25 кВА и более устанавливают расширитель. Расширитель – это металлический сосуд, обычно цилиндрической формы, сообщающийся с баком трансформатора. Емкость расширителя должна быть такой, чтобы при всех режимах работы трансформатора от отключенного до номинальной нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха от -45 до +40 ºС в нем было масло. Емкость расширителя должна составлять 8 – 10 % объема масла, находящегося в баке трансформатора. На одной из торцевых стенок расширителя установлен маслоуказатель и нанесены краской три горизонтальные черты с контрольными цифрами -45, +15 и +40 ºС. Это означает, что в неработающем трансформаторе уровни масла, отмеченные черточками, должны соответствовать указанным температурам окружающего воздуха.