Монтаж подстанций промышленных предприятий - Сведения об устройстве трансформаторов

3. МОНТАЖ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформатор предназначен для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения — более низкого или более высокого. Трансформаторы, понижающие напряжение, называются понизительными, повышающие напряжение — повысительными. Обмотка трансформатора, включенная в сеть источника электроэнергии, называется первичной; обмотка, к которой присоединены электроприемники, — вторичной.
Трансформаторы разделяются: по назначению — на силовые, измерительные, сварочные и другие специального назначения; по способу охлаждения — масляные, сухие, с дутьевым и водомасляным охлаждением; по исполнению — внутренней и наружной установки, герметичные, уплотненные; по числу фаз — одно- и трехфазные; по числу обмоток — двух- и трехобмоточные; по способу регулирования напряжения — под нагрузкой и при снятом напряжении.
Трансформаторы различаются также своими основными электрическими параметрами — мощностью, классом напряжения обмотки высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН).
Этой классификации соответствуют и условные обозначения силовых трансформаторов. Обозначения типов трансформаторов построены по определенной системе. Они состоят из букв, характеризующих отличительные признаки трансформатора, его конструкцию, и цифр, обозначающих мощность и класс напряжения обмоток.
Для трансформаторов с одинаковыми параметрами одной и той же конструкции, изготовляемых на нескольких предприятиях, указывается год начала выпуска трансформаторов данной конструкции.
Основным узлом в конструкции трансформатора является его активная часть, состоящая из магнитопровода с расположенными на нем обмотками НН и ВН, отводов и переключателя напряжения. В трехобмоточном трансформаторе имеется третья обмотка среднего напряжения (СН), что позволяет снабжать электрической энергией две различные группы электроприемников.
Активная часть погружена в бак трансформатора, представляющий собой стальной резервуар овальной формы. Бак у масляных трансформаторов заполнен трансформаторным маслом, которое служит охлаждающей и изолирующей средой. Масло отводит тепло, выделяющееся в магнитопроводе и обмотках, и отдает его в окружающую среду через стенки и крышку бака, а также повышает изоляцию между токоведующими частями и заземленным баком. Поэтому масло, которым заполняется бак трансформатора и других маслонаполненных аппаратов, должно удовлетворять требованиям и нормам ПУЭ по своему химическому составу и электрической прочности. Некоторые трансформаторы по соображениям пожарной безопасности заполняют негорючими составами, такими как совтол, совол, пиранол, кварцевый кристаллический песок, так как трансформаторное масло является горючим материалом.
В этих трансформаторах, имеющих обозначение ТНЗ, в качестве жидкого диэлектрика и охладителя вместо масла применена негорючая пожаро- и взрывоопасная электроизоляционная жидкость — совтол-10. В связи с токсичностью совтола (он выделяет ядовитые пары хлористого водорода и хлора) трансформаторы с совтоловым заполнением имеют специальную герметизированную конструкцию.
В помещениях, к которым предъявляются повышенные требования пожарной безопасности, устанавливают сухие трансформаторы.
Для увеличения поверхности охлаждения баки изготовляют ребристыми, вваривают в них трубы или снабжают радиаторами, которые присоединяют к стенкам бака при помощи патрубков со специальными радиаторными кранами.
Отводы — это соединительные провода, идущие от концов обмоток и их ответвлений и предназначенные для регулирования напряжения.
Переключатели напряжения служат для регулирования напряжения на стороне обмоток ВН путем изменения коэффициента трансформации (соотношения между числом витков обмоток ВН и НН).
Есть два вида переключения: переключение без возбуждения ПБВ, т. е. после отключения от сети, и переключение (регулирование) под нагрузкой — РПН. На рис. 7 и 8 показаны трансформаторы масляный ТМ и сухой ТС.
На крышке бака трансформатора расположен расширитель —  добавочный бак цилиндрической формы, служащий для защиты масла от окисления и увлажнения. Там же размещены выхлопная труба, вводы, газовое реле и другие узлы и детали трансформатора. Расширитель сообщается с атмосферой через так называемую дыхательную трубку и с баком посредством патрубка, который расположен в расширителе выше его дна, чтобы исключить попадание осадков масла в бак. Расширитель обеспечивает постоянное заполнение бака трансформатора маслом и ограничивает поверхность соприкосновения масла с воздухом, которое происходит только в расширителе через дыхательную трубку. На патрубке установлены пробка для слива масла или кран с указателем положения и газовое реле. Для контроля уровня масла расширитель снабжен маслоуказателем, на котором нанесены три контрольные черты, соответствующие уровню масла при температуре  — 35, +15 и -f-35° С. Объем расширителя составляет 8—10% объема масла трансформатора. Трансформаторы типа ТМЗ не имеют расширителя, и в них защита масла осуществляется при помощи азотной «подушки».

Рис. 7. Силовой трехфазный трансформатор ТМ.
1 — активная часть; 2 — бак; 3 —  крышка бака; 4 — переключатель; 5  —  пробивной предохранитель; 6  —  радиаторы; 7  — вводы; 8  —  выхлопная труба: 9 — газовое реле; 10 — расширитель; 11 — маслоуказатель; 12 — термометрический сигнализатор; 13 — фильтр.
Для очистки воздуха, поступающего в расширитель, от влаги и пыли на дыхательной трубке расширителя устанавливают воздухоосушитель. Воздухоосушитель представляет собой цилиндр, заполненный силикагелем. В нижней его части расположен масляный затвор, предусмотренный для защиты засасываемого воздуха от загрязнения и увлажнения, а в верхней части — патрон с индикаторным адсорбентом. При увлажнении он меняет свою окраску с голубой на розовую. При отсутствии патрона весь цилиндр заполняется индикаторным силикагелем. В качестве адсорбента употребляется силикагель марки КСМ, пропитанный раствором хлористого кальция и дополнительно раствором хлористого кобальта. Адсорбент, доставляемый в негерметической упаковке, должен быть перед его засыпкой просушен при температуре 140 °С в течение 8 ч или 300 °С в течение 2 ч. Индикаторный силикагель сушат при 100—120°С.

Рис. 8. Силовой трансформатор (ТС).
1 — активная часть; 2 — ввод ВН; 3 — крышка люка; 4 — кожух; 5 — кольцо для подъема трансформатора; 6 — шины НН; 7 — планка для подъема активной части; 8 — тележка; 9 — каток.
Трансформаторы мощностью 1000 кВ-А и выше снабжены выхлопными (предохранительными) трубами. Назначение трубы — предохранить бак от деформации и разрыва при бурном газовыделении вследствие интенсивного разложения масла при внутренних повреждениях трансформатора. Одной стороной труба соединена с крышкой бака, а на другой установлена тонкая стеклянная мембрана, которая разрушается при давлении свыше 0,05 МПа и дает выход газа и масла наружу раньше, чем произойдет деформация бака.
Газовое реле предназначено для защиты трансформатора от внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газов, а также при утечке масла и при попадании воздуха в бак. Оно устанавливается на трубопроводе, соединяющем расширитель с баком. Выделяющиеся газы приводят в действие простой механизм реле, действующий на предупредительную сигнализацию и на отключение.
На трансформаторах мощностью 160 кВ-А и выше устанавливаются термосифонные фильтры, предназначенные для очистки трансформаторного масла от продуктов старения и удлинения тем самым сроков его службы. Фильтр присоединяется параллельно радиаторам. Он заполнен активным материалом — сорбентом, масло циркулирует через фильтр сверху вниз (более нагретое масло верхних слоев, проходя через охлаждающее устройство, опускается вниз) и непрерывно очищается.
Кроме того, на трансформаторах установлены: приборы для измерения температуры масла — термометры, термометрические сигнализаторы, дистанционные термометры сопротивления (в зависимости от мощности трансформаторов); пробивные предохранители; приспособления для перемещения и подъема; арматура в виде кранов, вентилей и пробок для трансформаторного масла (заливка, отбор пробы, спуск и фильтрация).
В зависимости от мощности и напряжения трансформаторы разделяются на шесть габаритных групп. Рассматриваемые в настоящей книге силовые трансформаторы напряжением до 10 кВ относятся к первым трем группам. Начало фаз обмоток ВН обозначают буквами А, В и С, концы этих обмоток X, У, Z, выведенная нулевая точка обозначается 0. Начало фаз обмоток НН обозначают буквами а, Ь и с, концы фаз х, у и z, вывод нулевой точки 0. Обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены в звезду (Y и треугольник (Л).
Коэффициент трансформации показывает, во сколько раз ВН больше НН или во сколько раз витков обмотки ВН больше числа витков обмотки НН. Режим, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение, называется холостым ходом трансформатора. Наибольший ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора при холостом ходе, называется током холостого хода. Обычно значение его равно 3,5—10% тока при номинальной нагрузке трансформатора.
Напряжение короткого замыкания. Короткое замыкание трансформатора в эксплуатационных условиях является аварийным режимом. Но если зажимы вторичной обмотки трансформатора замкнуть накоротко, а к первичной обмотке подвести такое пониженное напряжение, при котором в обмотках трансформатора будут протекать нормальные токи, то при этом с трансформатором ничего опасного не произойдет. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания Uк, оно характеризует индуктивное сопротивление обмотки и измеряется в процентах номинального напряжения.
Согласно ГОСТ Uк для отечественных трансформаторов равняется 5,5—10,5%- Напряжения короткого замыкания определяют распределение нагрузки между трансформаторами при их параллельной работе. Если у включенных на параллельную работу трансформаторов Uк равны, то нагрузка распределяется между ними пропорционально их мощности. И наоборот, при одинаковых мощностях трансформаторов, включенных на параллельную работу, нагрузка распределяется между ними пропорционально Uк.
Для возможности параллельной работы трансформаторов требуются еще одинаковые коэффициенты трансформации и одинаковые группы соединения обмоток. Величина Uк указывается в фирменных табличках, укрепленных на кожухе трансформатора.
Номинальные мощности трехфазных двухобмоточных трансформаторов, кВ-А, по ГОСТ 9680-77Е в отличие от ранее действовавшей шкалы мощностей соответствуют следующему ряду: