Виды трансформаторов для подстанций: описание, типы, назначение

Виды трансформаторов для подстанций: описание, типы, назначение

В основе конструкции прибора находятся вторичные и первичные обмотки, сердечник из ферромагнитного сплава (обычно замкнутого типа). Обмотки располагают на магнитном проводе, они связаны между собой индуктивным способом. Благодаря наличию магнитопривода аккумулируется значительная часть магнитного поля, и КПД устройства возрастает. Сам магнитопровод представляет собой комплекс металлических пластин, покрытых изоляцией. Изоляция нужна для предотвращения появления паразитных токов в сердечнике.

Трансформаторы малой мощности до 50 — 1000 Вт применяются в радиоприемниках, телœевизорах, магнитофонах, осциллографах, многих измерительных устройствах, системах регулирования и т. п. Οʜᴎ бывают однообмоточные, двухобмоточные и многообмоточные. На рис. 8.24 изображен трансформатор малой мощности.

Рис. 8.24. Однофазный трансформатор малой мощности:

магнитопровод;2 — каркас;3 — первичная обмотка;4 — изоляционная прокладка между первичной и вторичной обмотками;5 — вторичная обмотка

Магнитопровод трансформатора может иметь Ш или П-образную форму (рис. 8.25, а, б).

Площадь сечения окна магнитопровода всœегда имеет прямоугольную форму с соотношением сторон б/а= 1,5 ÷ 2,5 (см. рис. 8.24). При такой форме магнитопровод имеет наименьшую массу и, следовательно, меньше потери энергии в нем по сравнению с квадратной формой окна. Обмотка выполняется из медного провода круглого или прямоугольного сечения, чаще всœего с эмалевой изоляцией. В отдельных случаях применяются и другие изоляционные материалы. Обмотка укладывается плотными рядами на заранее изготовленный каркас (рис. 8.25, в) из электрокартона, текстолита или пластмассы. Между отдельными обмотками прокладывается слой изоляции из бумаги, лакоткани или другого изоляционного материала. После изготовления обмоток производится сборка трансформатора. В случае если магнитопровод имеет П-образную форму (рис. 8.25, б), то часть пластины Квставляется в обмотку поочередно то сверху, то снизу, а в возникшие промежутки между ними сверху и снизу вставляются части пластины М.При такой сборке последующий слой перекрывает место стыка предыдущего слоя. Сборка магнитопровода трансформатора, имеющего Ш-образную форму магнитопровода (рис. 8.25, а), производится в том же порядке. Естественно, что в данном случае пластина Квставляется в обмотку своей средней частью.

Трансформатор с Ш-образным магнитопроводом называют бро­невым, поскольку его обмотки с двух сторон охвачены магнитопроводом. Сборка магнитопровода внахлестку — последующий слой перекрывает стыки (воздушные промежутки) предыдущего слоя — существенно уменьшает эквивалентный воздушный зазор магнитопровода, что приводит к значительному снижению тока холостого хода трансформатора. Вместе с тем, такая сборка значительно повышает механическую прочность трансформатора и удобство крепления его магнитопровода.

Рис. 8 25. Формы магнитопроводов трансформаторов малой мощности (

а, б, г) и каркас катушки трансформатора ( в) Для придания магнитопроводу крайне важно й механической прочности и устранения ʼʼгуденияʼʼ после сборки пластины магнитопровода стягиваются с помощью поперечных пластин и болтов.

Уменьшение эквивалентного воздушного зазора можно объяснить тем, что магнитный поток обходит воздушный промежуток стыка через рядом расположенные пластины, не имеющие в данном месте стыка (рис. 8.26). В последнее время стали широко применяться магнитопроводы из склеенных пластин, состоящие из двух половин (рис. 8.25, г). Поверхности соприкосновения каждой половины для уменьшения зазора шлифуются. Такие две части вставляются в обмотки и крепятся. Для уменьшения потоков рассеяния, а следовательно, индуктивных сопротивлений обмоток на каждом каркасе в случае П-образной формы (рис. 8.25, б, г) укладывается по половинœе витков первичной и вторичной обмоток. После сборки половины обмоток соединяются последовательно согласно. В трансформаторах с Ш-образной формой магнитопровода всœе обмотки находятся на одном каркасе. Трансформатор малой мощности имеет естественное воздушное охлаждение.

Для проведения всякого рода исследований иногда требуются трансформаторы малой мощности с отличными от стандартных на­пряжениями первичной и вторичной обмоток. В этом случае можно рассчитать и изготовить трансформатор своими силами. В качестве магнитопровода можно использовать магнитопровод старых не годных к употреблению трансформаторов.

Инженерам-машиностроителям едва ли придется обслуживать установки с трансформаторами средней и большой мощности. По этой причине здесь будет рассмотрено конструктивное исполнение трансформаторов средней (20 — 500 кВ‣‣‣А) и большой (до 500000 — 1000000 кВ‣‣‣А) мощности в самом общем виде.

Рис. 8.26. Расположение линий магнитного потока в месте стыка пластин магнитопровода

Рис. 8.27. К пояснению зависимости длины витка обмотки трансформатора от формы площади сечения стержня магнитопровода при одном и том же значении площади.

Окружность а’ соответствует прямоугольной форме сечения а; окружность б’ соответствует квадратной форме сечения б; окружность в’ соответствует крестообразной форме сечения в, окружность г’ соответствует ступенчатой форме сечения г

Рис. 8.28. Пластины магнитопровода трехфазного трансформатора

Рассмотрим конструктивное исполнение трехфазных трансформаторов. Форма магнитопроводов всœех трансформаторов одинаковая — трехстержневая (см. рис. 8.17, д). Магнитопровод имеет три стержня, на которых располагаются первичные и вторичные обмотки трех фаз и два ярмаД, Е,объединяющие стержни в единый магнитопровод. Площадь сечения стержней определяется из уравнения U≈ E= 4,44fw

Bm Sст. Форма площади сечения, как вытекает из этой формулы, казалось бы, не оказывает никакого влияния на конструкцию и параметры трансформатора. При этом форма сечения существенно влияет на затраты меди для обмоток, массу, стоимость и параметры трансформатора. Сечения проводов обмоток трансформаторов средней и большой мощности исчисляются десятками и сотнями квадратных миллиметров: это шины квадратной или прямоугольной формы. На­мотать такой провод на сердечник с прямоугольной формой сечения, так чтобы он прилегал к сторонам сердечника, невозможно. При изги­бе провода под прямым углом произошла бы недопустимая дефор­мация провода, да и намотать обмотку значительно проще на шаблон с круглым сердечником, чем с прямоугольным. По этим причинам ка­тушки трансформаторов средней и большой мощности всœегда круглые. Это определяет и форму сечения стержней трансформатора. Проще и дешевле изготовить магнитопровод с прямоугольной или квадрат­ной формой площади сечения (рис. 8.27, а, б). При этом при этом, как это видно из рис. 8.27, длина витка и, следовательно, затраты обмоточного материала будут гораздо больше, чем при крестовидной (рис. 8.27, в) и тем более при ступенчатой (рис. 8.27, г) форме площади сечения. Кро­ме того, между обмоткой и стержнем будут большие пустоты, в ре­зультате чего возникнут значительные потоки рассеивания и обмотки будут иметь недопустимо большие индуктивные сопротивления.

Рис. 8.29. Силовой трехфазный трансформатор ТМ-320/10: 1 — магнитопровод, 2 — обмотка высшего напряжения; 3 — обмотка низшего напряжения; 4 — стальной бак; заполненный трансформаторным маслом, 5 — проходные изоляторы для вывода концов обмотки высшего напряжения;

6 — проходные изоляторы для вывода концов обмотки низшего напряжения; 7 — переключатель для изменения коэффициента трансформации; 8 — охлаждающие трубы; 9 — расширительный бачок; 10 — измеритель масла; 11 — заливочное отверстие с пробкой

Все это привело к тому, что по экономическим и техническим соображениям трансформаторы средней мощности выполняются с крестовидной, а большой мощности — со ступенчатой формой площади сечения стержней. Ярма имеют прямоугольную форму площади сечения. Магнитопровод собирается из отдельных тонких листов (0,35 — 0,5 мм) электротехнической стали внахлестку по тем же причинам, что и в трансформаторах малой мощности. Каждый слой магнитопровода состоит из отдельных листов (рис. 8.28), при сборке отдельные части последующего слоя располагаются так, что они перекрывают стыки листов предыдущего слоя. Магнитопровод с обмотками располагается в стальном баке, наполненном трансформаторным маслом. Трансформаторное масло выполняет роль охлаждающей среды и изолятора как между витками, так и между обмоткой и магнитопроводом.

Рис. 8.30. К пояснению изменения коэффициента трансформации трехфазного трансформатора

На рис. 8.29 изображен трансформатор мощностью 320 кВ ‣‣‣ А. Бак трансформатора герметически закрыт, а изменение объёма масла, вызванное колебаниями температуры, компенсируется маслорасширительным бачком 9.В магнитопроводе и обмотках трансформаторов образуются значительные потери энергии, нагревающие трансформатор. Размещено на реф.рф И если поверхность бака недостаточная, трансформатор будет перегреваться. По этой причине бак трансформаторов снабжается радиаторами в виде труб 8,существенно увеличивающими поверхность охлаждения. В трансформаторах большой мощности и этого недостаточно. Действительно, допустим, мощность трансформатора 270000 кВ ‣‣‣ А и КПД 98%, следовательно, потери мощности в нем составляют 5400 кВт. Такие трансформаторы охлаждаются с помощью водяных маслоохладителœей, через которые пропускается горячее масло трансформатора. Выводы концов обмоток трансформатора реализуются с помощью проходных фарфоровых изоляторов 5, 6(рис. 8.29).

В условиях эксплуатации иногда значение напряжения первичной обмотки оказывается ниже нормального и тогда напряжение на вторичной (напряжение приемников) будет ниже номинального. Это существенно ухудшает их работу. Для поддержания вторичного напряжения в пределах номинального трансформаторы снабжаются устройством для изменения коэффициента трансформации. Обмотка высшего напряжения каждой фазы имеет три вывода (рис. 8.30), которые подключены к переключателю 7 (рис. 8.29). Переключатель может замыкать концы Х1, Y1, Z1, или Х2, Y2, Z2, или Х3, Y3, Z3. В результате будет изменяться коэффициент трансформации и, следовательно, напряжение на вторичной обмотке при неизменном первичном. Следует заметить, что трансформаторы содержат большое количество трансформаторного масла (до нескольких десятков тонн) и представляют большую пожарную опасность. Для ограничения последствий возникшего пожара под трансформатором всœегда есть бетонная маслосборная яма, накрытая сеткой, на которую насыпан гравий. В случае утечки и возгорания масла оно через гравий стекает в маслосборную яму, а пламя изза сетки и гравия в яму не проникает. Возникший пожар быстро ликвидируется.

Принципы классификации трансформаторов

Трансформаторы классифицируются по следующим принципам:

  1. Назначение (лабораторные, защитные, промежуточные, измерительные).
  2. Напряжение (низко- и высоковольтные).
  3. Способ установки (переносные, стационарные, наружные и внутренние, опорные, шинные).
  4. Количество ступеней (одно- и многоступенчатые).
  5. Характер изоляции обмотки (сухая, компаундная, бумажно-масляная).

Каждый тип прибора имеет свои особенности и преимущества, о которых мы поговорим далее. Ремонт трансформаторов всех видов должен производиться профессиональными мастерами с применением соответствующего оборудования.

Основные параметры классификации трансформаторов

  • Тип охлаждения

О нем мы частично упомянули выше. Видов охлаждения несколько:

  • М – масляное
  • Д – охлаждение в масляной среде + воздушное дутье
  • Ц – масляное охлаждение с принудительной циркуляцией
  • С – воздушное охлаждение (то есть, «сухие» трансформаторы)

Маркировка типов трансформаторов расшифровывается следующим образом:

  • Буквенное обозначение – кол-во фаз, тип охлаждения, число обмоток и вид переключения ответвлений. Также могут быть дополнительные буквенные маркировки, говорящие о специальных особенностях конкретного трансформатора
  • Номинальная мощность + класс напряжения
  • Последние 2 цифры года выпуска рабочих чертежей конкретного трансформатора
  • Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69

Далее мы перечислим другие основные параметры классификации:

  • Климатическое исполнение

Прибор бывает наружный или внутренний

  • Конструктивное исполнение и характер работы

На этом параметре стоит остановиться более подробно:

  1. Автотрансформаторы – одна обмотка с несколькими отводами, переключение между которыми позволяет получить разные показатели напряжения.
  2. Импульсные – преобразовывают импульсный сигнал незначительной продолжительности (около десятка микросекунд) с минимальным искажением.
  3. Разделительные – между первичной и вторичной обмоткой электрической связи нет, присутствует гальваническая развязка между входными и выходными цепями.
  4. Пик—трансформатор – применяется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров
  • Количество фаз

Трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные.

  • Количество обмоток

2-х и 3-х обмоточные с расщепленной обмоткой или без неё

  • Тип изоляции

По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н).

  • Назначение

Понижающие (для низкого напряжения из высоковольтных линий) и повышающие (соответственно, наоборот)

  • Уровень напряжения

Высоковольтный, низковольтный, высокопотенциальный

  • Форма магнитопровода

Стержневой, тороидальный, броневой

  • По мощности:

Всего выделяют 6 групп трансформаторов:

  • 1-я группа (изделия с мощностью до 100 кВА)
  • 2-я группа (диапазон мощности от 160 до 630 кВА)
  • 3-я группа (от 1000 до 6300 кВА)
  • 4-я группа (показатель мощности выше 10000 кВА)
  • 5-я группа (все трансформаторы с мощностью выше 40000 кВА)
  • 6-я группа (мощность от 100000 кВА)

Среди дополнительных критериев классификации стоит отметить наличие/отсутствие:

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎