В) Элементыконструкции силовых* трансформаторов

Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструк­тивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаж­дающее устройство, механизм регулирования напряжения, защит­ные и измерительные устройства, тележка.

В магнитной системе проходит основной магнитный поток трансформатора (отсюда название «магнитопровод»). Магнито­провод является конструктивной и механической основой трансфор­матора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехнической стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в маг-нитопроводе.

В течение многих лет применялась горячекатаная сталь ЭЧ1, ЭЧ2 с толщиной листов 0,5—0,35 мм, допускающая индукцию 1,4—1,45 Тл, с удельными потерями 2,5—3,5 Вт/кг. В настоящее время применяется холоднокатаная текстурованная сталь Э330, Э330А, т. е. сталь с определенной ориентировкой зерен, допускаю­щая индукцию до 1,7 Тл с удельными потерями 0,9— 1,1 Вт/кг. Применение такой стали позволило значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большей допустимой магнитной индукции, уменьшить диаметр витков обмотки, уменьшить массу и габариты трансформаторов. Масса трансформатора на единицу мощности в 1930 г. достигала 3,33 т/(МВ*А), а в настоящее время — 0,74 т/(МВ*А).

Уменьшение удельных потерь в стали, тщательная сборка магнитопровода, применение бесшпилечных конструкций, соединение стержней с ярмом с помощью косой шихтовки позволяют уменьшить потери холостого хода и ток намагничивания трансформатора. В современных мощных трансформаторах ток намагничивания составляет 0,5—0,6% /_ном, тогда как в трансформаторе с горячекатаной сталью ток достигал 3 %;. потери холостого хода уменьши­лись примерно вдвое.

Листы трансформаторной ста­ли должны быть тщательно изо­лированы друг от друга. Пер­воначально применялась бумаж­ная изоляция — листы оклеива­лись с одной стороны тонким слоем специальной бумаги. Бу­мага создает полную электриче­скую изоляцию между листами, но легко повреждается при сбор­ке и увеличивает размеры маг-нитопровода. Широко приме­няется изоляция листов лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Ла­ковая пленка создает достаточ­но надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостоико-стью и не повреждается при сборке.

Последнее время все шире применяется двустороннее жаростойкое покрытие листов стали, наносимое на металлургическом заводе после проката. Толщина покрытия меньше 0,01 мм, что обеспечивает лучшие свойства маг­нитной системы,

Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов трансформатора. На остове устанавливают обмотки и крепят провод­ники, соединяющие обмотки с вводами, составляя активную часть.

Обмотки трансформаторов могут быть концентри­ческими и чередующимися. В первом случае обмотки НН и ВН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентри­чески одна относительно другой (рис. 2-31, а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с оди­наковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рис. 2-31, б). В такой обмотке значительное число паек, она менее компактна и применяется для специальных электропечных транс­форматоров или для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной электри­ческой и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от нее должна без повреждений выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения. Обмотки должны выдерживать элек­тродинамические усилия, которые появляются при протекании токов к. з. Необходимо предусмотреть надежную систему охлажде­ния обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изоляции.

Для проводников обмотки используются медь и алюминий. Как известно, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспечило широкое применение меди для обмоток трансформаторов. Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным со­противлением, требует новой технологии выполнения обмоток. В настоящее время трансформаторы с алюминиевой обмоткой изго­товляются на мощность до 6300 кВ*А.

В современных трансформаторах для обмотки применяется транспонированный провод, в котором отдельные проводники в параллельном пучке периодически изменяют свое положение. Это выравнивает сопротивление элементарных проводников, увеличивает механическую прочность, уменьшает толщину изоляции и размеры магнитопровода.

Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции. Подробное описание изоляционной конструкции дается в курсе «Техника высоких напряжений».

В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электро­картоном, гетинаксом, деревом и др.

Значительный эффект дает применение изоляции из специально обработанной бумаги (стабилизированной), которая менее гигро­скопична, имеет более высокую электрическую прочность и допус­кает большой нагрев. В сухих трансформаторах широко применяют­ся новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

Активную часть трансформатора вместе с отводами и переклю­чающими устройствами для регулирования напряжения помещают в б а к. Основные части бака — стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства — радиаторы.

В трансформаторах небольшой мощности бак выполняется с верхним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку транс­форматора, а затем поднять активную часть из бака.

Если масса активной части более 25 т, то она устанавливается на донную часть бака, а затем накрывается колоколообразной верхней частью бака и заливается маслом. Такие трансформаторы с нижним разъемом не нуждаются в тяжелых грузоподъемных уст­ройствах для выемки активной части, так как при ремонтах после слива масла поднимается верхняя часть бака, открывая доступ к обмоткам и магнитопроводу.

Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экранируются с внутренней стороны пакетами из электротехничес­кой стали или пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служа­щий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него. Масло очень гигроскопично, и, если расши­ритель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Для предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикагелевый воздухоосушитель. Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колебаниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается. Для предотвращения этого применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расшири­теле заполняется инертным газом (азотом), поступающим из специ­альных эластичных емкостей. Возможно применение специальной пленки — мембраны на границе масло — воздух. Осушение воздуха в расширителе осуществляют термовымораживателями.

К баку трансформатора крепится термосифонный фильтр, заполненный силикагелем или другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции масла через фильтр происходит непрерывная регенерация его.

Для контроля за работой трансформатора предусматриваются контрольно-измерительные и защитные устройства. К контрольным устройствам относятся маслоуказатель и термометры. Маслоука-затель устанавливается на расширителе, термометр — на крышке бака. К защитным устройствам относятся реле понижения уровня масла и газовое реле.

На мощных трансформаторах 330—750 кВ дополнительно при­меняются устройства контроля изоляции вводов (КИВ) и мано­метры, контролирующие давление масла в герметичных вводах ВН.

Основные конструктивные узлы трансформаторов показаны на рис. 2-32