Конструкція силового трансформатора

Трифазний трансформатор складається з активної частини осердя з обмотками) і допоміжних частин: бака, кришки бака, високовольтних і низьковольтних вводів, перемикаючого пристрою, розширювального бачка, термометра, возика з катками, крана для зливу масла та ін­ших частин (рис.3.1).

Активна частина (осердя) являє собою тристержневий шихтований магнітопровід разом з насадженими на нього двома трифазними (первинною і вторинною) обмотками. Стержні і ярма шихтованого магнітопроводу збирають в перепліт (шихтують), тобто весь переріз магнітопроводу розбивають по товщині на шари (майже зажди по два – три листа), зіставлені з окремих пластин так, щоб в кожному шарі частина пластин стержня заходила в ярмо на його ширину. При цьому пластини одного шару перекривають стики пластин суміжного шару (рис.3.2).

 

Шари 1, 3, 5… Шари 2, 4, 6…

Рис.3.2. Укладка листів сталі в шарах.

Форма поперечного перерізу стержнів залежить від потужності трансформатора (рис.3.3).

В невеликих трансформаторах застосовують стержні прямокут­ного перерізу, в трансформаторах середньої і великої потужності застосовують стержні ступеневого перерізу з числом ступеней, яке збільшується зі зростанням потужності трансформатора. Ступневий переріз стержнів забезпечує краще використання площі всередині обмотки, так як периметр ступневого перерізу наближається до кола.

 

а) б)

 

Рис. 3. Форми перерізу стержнів.

а – прямокутна; б – ступенева.

 

В шихтованому магнітопроводі з’являються немагнітні щілини в стиках між листами кожного шару, але вони перекриваються листами сусідніх шарів і не спричиняють істотного впливу на струм намагнічування сталі магнітопроводу. З метою надання магнітопроводу достатньої жорсткості пластини стержнів та ярма при збиранні спресовуються і з’єднуються в одне ціле. У транс­форматорів невеликої потужності стержні пресують дерев'яними планками, які вбивають між бакелітовими циліндрами внутрішніх обмоток НН і стержнями магнітопроводу. Ці планки розклинюють стержні відносно обмоток і спресовують їх. Спресовка магнітопроводу більш потужних трансформаторів виконується з допомогою стяжних шпильок, пропущених крізь отвори стержнів, ярем і стяж­них штаб та ярмових балок. Нерівномірна і недостатня спресовка і недобір або перебір пластин в одному зі стержнів або в ярмі ви­кликає підвищену вібрацію, що може привести до механічного руйнування деталей кріплення магнітопроводу. Підвищена вібра­ція супроводжується сильним шумом (гудінням) в трансформаторі.

Спресовка обмоток в осьовому напрямі виконується з допомогою притискних кілець, виготовлених із сталі або із склопластиків.

Фазні первинна і вторинна обмотки являються циліндричними одно-, дво-, або тришаровими обмотками з дроту прямокутного або круглого перерізу. Дріт, ізольований бавовняно-паперовою тканиною або кабельним папером, намотується на паперо-бакелітові циліндри (паперові циліндри, просочені бакелітовим лаком). Для підвищення поверхні охолодження між деякими шарами обмотки за допомогою рейок з електрокартону або бука створюється осьовий канал.

 

Рис. 3.1. Трансформатор з трубчатим баком

1 – обмотка вищої напруги (ВН); 2 – обмотка нижчої напруги (НН); 3 – перемикаючий пристрій ПБЗ; 4 – швелер, пресуючий ярмо; 5 – шихтований магнітопровід; 6 – підведення ВН; 7 - відведення НН; 8 – патрубок для приєднання вакуумного насоса; 9 – рим-болт; 10 – кран для заливання масла; 11 – увід (ізолятор) ВН; 12 - увід (ізолятор) НН; 13 – привід перемикача; 14 – вихлопна труба; 15 – розширювач; 16 – газове реле; 17 – трубчатий блок; 18 – кран для зливу масла; 19 – трансформаторний ролик; 20 – вертикальна шпилька, стягуюча швелери; 21 – опорний кутник на дні бака.

 

Обмотки розташовані на стержнях концентрично: ближче до стержнів обмотка НН, що потребує меншої ізоляції від стержнів, потім шар ізоляції з картону чи паперу і обмотка ВН. Ізоляція обмоток в трансформаторах малої та середньої потужності (до 630 кВА) зроблена з дерев'яних планок або електрокар тонних деталей простої форми.

Магнітопровід та деталі його кріплення заземляють (надають їм однакового потенціалу). Заземлення проводять за допомогою мідних стрічок, закріплених одним кінцем між пластинами сталі магнітопроводу, а іншим – на ярмовій балці.

Верхню та нижню балки зв'язують вертикальними стяжними під'ємними шпильками. Магнітопровід з обмотками розташовують в баці, наповненому очищеним мінеральним трансформаторним маслом. Масло підвищує інтенсивність охолодження обмоток і електричну міцність та надійність їх ізоляції. В трансформаторах потужністю 20-30 кВА застосовують баки з гладкими стінками. У більш потужних трансформаторах (до 1600 кВА) для досягнення необхідної інтенсивності відведення тепла застосовують трубчасті баки.

В кришці бака встановлені два рим-болта 9 для підняття осердя трансформатора з обмотками, кран та пробка для заливки масла, а в його нижній частині – зливний кран та шпилька для монтажу шини заземлення. Для компенсації об'єму масла при зміні температури, а також для зменшення площі контакту масла з повітрям і захисту його від окислення і зволоження, бак трансформатора обладнують розширювальним циліндричним бачком 13, який встановлюється на кришці бака і з'єднується з ним за допомогою патрубка. Для доливання масла в верхній частині розширювального бачка встановлений гвинт-затичка, а в нижній – відстійник для збирання і видалення механічних домішок, які можуть бути в маслі. Відстійник має гвинт-затичку для зливу осаду. Щоб осад не попав в бак, а залишився в відстійнику, маслопровід, ведучий до бака виступає в середину розширювального бачка на 20…25 мм. Для контролю рівня масла розширювач оснащений маслопокажчиком з плоским склом товщиною 3 мм, під котрим вирізана повздовжня щілина шириною 10 мм або просвердлені отвори діаметром 4 мм. По периметру щілини укладають маслостійку гумову прокладку. Скло притискають фасонним фланцем за допомогою шпильок, приварених до стінок бака, і гайок. Контроль температури масла у верхній частині бака здійснюється ртутним, а в трансформаторах потужністю більше 1000 кВА манометричним термометром.

Електричне з'єднання обмоток ВН і НН з мережею відбувається за допомогою відгалуження (ізольованих провідників, які закріплені в середині бака буковими планками) та вводів (прохідних фарфорових ізоляторів, крізь які проходять струмоведучі стержні).

Уводи регулюючих відгалужень фазних обмоток з перемикаючим пристроєм утворюють схему з'єднання трифазної обмотки. Для підтримання незмінного рівня напруги на електроприймачах в трансформаторах малої і середньої потужності застосовують пристрій для регулювання напруги без збудження (регулювання здійснюється після вимикання всіх обмоток трансформатора від мережі). Такий спосіб регулювання називають перемикання без збудження (ПБЗ). В цьому способі регулювання напруги здійснюється ступенями ± 2 х 2,5 %, тобто одержуємо 95; 97,5; 100; 102,5 і 105% номінальної напруги. Більшість трансформаторів виготовляють з регулюванням числа витків в обмотці ВН, оскільки в обмотці НН проходить великий струм і в зв'язку з цим перемикаючий пристрій виходить дуже громіздким. Як видно із виразу 1.4 первинна і вторинна напруги зв’язані між собою через відношення числа витків обмоток, тому при зниженні напруги U₁, наприклад на 5%, потрібно знизити на стільки ж відсотків число витків w₁, а при підвищенні – підвищити їх число. При одночасній зміні напруг U₁ і U₂ (наприклад, при їх зменшенні на 5%) потрібно відключити частину витків w₁ (на 5%), щоб скомпенсувати зменшення цих напруг. В трансформаторах до 630 кВА в кінці фазних обмоток ВН виділена регулююча частина з п’ятьма (трьома) ступенями регулювання по 2,5 (5%) кожна. Регулюючі кінці кожної фазної обмотки близько нейтралі за допомогою відгалужень виводяться на перемикач барабанного чи рейкового типу (рис.3.4).

 

Рис.3.4 Схема регулювання напруги ПБЗ

1 – фазна обмотка; 3 – рухома контактна пластина;

2 – вивід; 4 – нерухомий контакт.

 

Головним елементом такого перемикача являється паперово-бакелітовий циліндр (трубка) з нерухомими контактами і привід з рухомою контактною трикутною пластиною (трьома рухомими контактами).

На кожному трансформаторі на видному місці прикріплена металева паспортна табличка, на якій значиться тип трансформатора (ТМ – трифазний масляний; ОС – однофазний сухий, тобто з повітряним охолодженням), його номінальна потужність в кіловольтамперах (чисельник) і клас напруги обмотки ВН в кіловольтах (знаменник), рік розробки (дві цифри), а також кліматичне виконання (У – помірного клімату; Т – тропічного; ХЛ – холодного), тип перемикаючого пристрою (наприклад ПБВ), число ступенів напруги, номінальні лінійні напруги обмоток U_н (В, кВ), номінальні лінійні струми І_н (А), номінальна частота напруги f (Гц), кількість фаз m, напруга короткого замикання U_к (%), схема та група з'єднання обмоток.

Зовнішній огляд

Зовнішній огляд відключеного від навантаження трансформатора виконують в такій послідовності:

– наявність паспортних даних трансформатора;

– відсутність на трансформаторі сторонніх предметів;

– відсутність витікання масла з баку трансформатора і розширювального бачка через ущільнення, зливні крани та тріщини;

– наявність і колір масла в трансформаторі виявити по показнику рівня масла на розширювачі (потемніння масла може свідчити про термічне розкладання внаслідок термічного нагріву);

– відсутність тріщин і чистота фарфорових прохідних ізоляторів, стан їх армування;

– наявність і якість заземлення бака трансформатора;

– стан перемикаючого пристрою і термометра;

– стан зовнішнього покриття.

Для своєчасного виявлення несправностей трансформатор може піддаватися зовнішньому огляду і без відключення від мережі. В цьому випадку показником стану трансформатора може служити температура масла, рівень гудіння, потріскування чи клацання. Сильне гудіння пов’язане з ослабленням болтів магнітопроводу, які стягують його листи, погіршення пресовки його стиків чи виткові замикання в обмотках, при яких в короткозамкнутих витках протікає великий струм, який створює підвищений магнітний потік.

Потріскування чи клацання в середині бака можуть бути пов’язані з розрядами статичних зарядів на корпус трансформатора. Останні з’являються в стальному магнітопроводі через обрив заземлення активної частини трансформатора.

 

ФОРМА ЗВІТУ

1. Мета практичного заняття.
2. Програма роботи:

2.1 Вивчити принцип дії та будову трансформатора.

2.2 Розкрити паспортні дані трансформатора ТМ-25/6.

– тип трансформатора і перемикаючого пристрою, кількість ступенів і границі регулювання напруги;

– номінальна потужність і напруга вищої U_ВН і нижчої U_НН сторін трансформатора;

– номінальна частота;

– кількість фаз і обмоток;

– схема та група з’єднання обмоток.

2.3 Розрахувати значення коефіцієнта трансформації для трьох положень перемикаючого пристрою.

 

№ п/п	Відхилення напруги, % (поло-ження перемикача)	Значення напруги обмотки НН, В	Значення коефіцієнта трансформації	Значення напруги обмотки ВН, В
	+5 (1) +2,5 (2) 0 (3) -2,5 (4) - 5 (5)

 

2.4 Назвати елементи, які належать до основних частин трансформатора, дати їм коротке визначення і зробити висновок про їх технічний стан.

 

№ п/п	Назва основної частини	Назва елемента	Призначення (коротко)	Матеріали, з яких виготовлено елементи
	Активна частина     Бак Кришка бака Розширювальний бачок Перемикач	Магнітопровід Обмотка ВН Обмотка НН

 

2.5 Перерахувати магнітні, провідникові і ізоляційні матеріали, з яких виготовлені елементи та деталі трансформатора.

2.6 Напруга на шинах розподільчого пристрою 0,4 кВ трансформаторної підстанції знизилась до 380 В. В яке положення необхідно перевести перемикач трансформатора, щоб напруга встановилась рівною 400 В?

 

 

Таблиця 1. – Дані досліджень

Положення перемикача	Напруга	Струм	КТР паспорт.	КТР досл.
U1, B	U2, B	IA, A	IB, A	IC, A
І
ІІІ
V

 

 

Рис.4 Схема дослідження коефіцієнта трансформації і струму намагнічування осердя трансформатора

 

 

Контрольні питання

1. Охарактеризувати режим холостого ходу трансформатора.
2. Яким чином здійснюється регулювання напруги в силових трансформаторах?
3. Куди витрачається енергія в режимі холостого ходу трансформатора?
4. Що таке коефіцієнт трансформації?
5. Будова силового трансформатора.

Список літератури

1. Прищеп Л.Т. Учебник сельского электрика. М., «Колос», 1973.

2. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы: Учебник для вузов. – Л. Энергоатомиздат. 1985.