ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА (БАК, КРЫШКА, РАСШИРИТЕЛЬ И ГАЗОВОЕ РЕЛЕ)
Бак трансформатора с масляным охлаждением представляет собой резервуар, в котором размещаются активная часть и другие детали трансформатора. Баки имеют, как правило, овальную форму (рис. 54), максимально приближенную к форме (очертанию) активной части трансформатора, помещаемой в баке. Овальный бак представляет собой механически прочную сварную конструкцию из листовой стали, технологичную в изготовлении.
Баки с гладкими стенками (рис. 54, а) имеют сравнительно небольшую поверхность охлаждения и поэтому применяются для трансформаторов небольшой мощности (до 63 кВ А). У более мощных трансформаторов баки бывают ребристыми (рис. 54, б), трубчатыми (рис. 54, в) или радиаторными (рис. 54, г). Ребра, трубы и радиаторы у баков создают дополнительную поверхность охлаждения масла и таким образом улучшают условия работы всех частей трансформатора, расположенных в баке. Трубчатые баки имеют трансформаторы мощностью от 63 до 1600 кВ А. В зависимости от мощности трансформаторов трубы на стенках бака бывают расположены в один, два или три ряда.
Рис. 54. Баки силовых трансформаторов: а — гладкий, б — ребристый, в — трубчатый, г — радиаторный
В настоящее время наряду с круглыми трубами баки многих выпускаемых трансформаторов оснащаются овальными циркуляционными трубами, обладающими по сравнению с круглыми лучшей теплоотдачей и позволяющими более компактно располагать их по периметру бака. В стенки радиаторного бака вварены патрубки с фланцами для присоединения к ним радиаторов. В нижней части стенки всех баков имеется патрубок с краном для спуска масла из бака.
К днищу бака прикреплена тележка с катками для перемещения трансформатора на небольшие расстояния в пределах подстанции. На стенке бака или на трубах установлена табличка, содержащая паспортные данные трансформатора. В верхней части бак трансформатора снабжен рамой с отверстиями, которая придает необходимую жесткость конструкции бака и к которой болтами крепят крышку трансформатора.
Крышка служит для герметизации бака, а также установки на ней расширителя, предохранительной трубы, вводов, привода переключателя и гильзы для термометра, а также патрубка, соединяющего бак с расширителем, и другого оборудования. В рассечку патрубка устанавливают газовое реле. Для установки оборудования имеются специальные отверстия в крышке.
Размещение на крышке трансформатора предохранительной трубы, расширителя, соединительного патрубка с врезанным в него газовым реле и пробковым краном показано на рис. 55, а, устройство газового реле — на рис. 55, б.
Расширитель служит для компенсации изменяющегося объема масла в баке трансформатора вследствие температурных колебаний. Наличие расширителя обеспечивает постоянное заполнение маслом бака трансформатора, что предохраняет от увлажнения масло и обмотки активной части трансформатора.
Расширитель представляет собой стальной цилиндр, сообщающийся с баком с помощью патрубка. Емкость расширителя должна быть такой, чтобы при колебаниях температуры окружающего воздуха от —45 до 4-40 °С и при всех режимах работы трансформатора (от отключенного состояния до минимальной нагрузки) бак трансформатора был заполнен маслом. Емкость расширителя обычно составляет 8 — 10% объема масла, находящегося в баке трансформатора. Наличие расширителя исключает возможность непосредственного соприкосновения масла, находящегося в трансформаторе, с окружающим воздухом и таким образом защищает масло от увлажнения и преждевременного окисления.
На одной из торцевых стенок расширителя установлен указатель уровня масла (маслоуказатель) и нанесены краской три горизонтальные черты с контрольными цифрами 4-40, 4-15 и — 45 °С, указывающими допустимые изменения температуры окружающего воздуха. При работе трансформатора температура его масла в среднем может превышать температуру окружающего воздуха на 40 СС, следовательно, диапазон колебаний температуры масла в трансформаторе от —45 до 4-80, т. е. 125 СС. Такие колебания температуры, способные вызывать резкие изменения объема масла, компенсируются расширителем.
Маслоуказатель предназначен для контроля уровня масла при заливке трансформатора после ремонта и в процессе эксплуатации. Маслоуказатели расширителей трансформаторов старых конструкций сообщались с окружающим воздухом, что отрицательно отражалось на качестве масла в расширителе (оно загрязнялось и окислялось). Указатели уровня масла расширителей современных трансформаторов не сообщаются непосредственно с наружным воздухом; они установлены так, что их нижняя часть сообщается с маслом в расширителе, а верхняя — с воздушной полостью над уровнем масла в нем. Такое расположение маслоуказателя предохраняет масло от увлажнения и загрязнения.
Рис. 55. Размещение части оборудования трансформатора на крышке его бака (а) и устройство газового реле (б):
1 — маслопровод, 2 — газовое реле, 3 — пробковый кран, 4 — отстойник, 5 — маслоуказатель, 6 — расширитель, 7 — предохранительная трубка, 8 — пробка маслоналивного отверстия, 9 — корпус газового реле, 10 — фланец, 11 — смотровое окно, 12 — крышка, 13 — кран для выпуска скопившихся в реле газов, 14— коробка зажимов, 15 и 16 — зажимы цепей сигнализации и отключения, 17 и 19 — ртутные контакты цепи отключения и сигнализации, 18 и 20 — нижний и верхний поплавки
Торцевые стенки расширителей трансформаторов старых конструкций наглухо приварены к цилиндру, а торцевые стенки, противоположные тем, на которых расположены маслоуказатели расширителей современных трансформаторов, — съемные; они крепятся к расширителю болтами на маслостойкой уплотняющей прокладке, что облегчает при ремонтах доступ во внутреннюю полость расширителя и к деталям, находящимся там, при необходимости их очистки и окраски.
На дне расширителя скапливаются влага и осадки твердых частиц, для удаления которых у расширителей трансформаторов мощностью до 400 кВ-А имеется грязеспускная пробка, а у расширителей трансформаторов большей мощности — отстойник (грязевик). Отстойник представляет собой небольшой стальной резервуар, помещаемый под расширителем, куда, стекают влага и осадки, скопляющиеся на дне расширителя.
При изменениях объема масла трансформатора изменяется и уровень масла в расширителе, а следовательно, и объем воздуха в расширителе: при увеличении объема масла воздух вытесняется из расширителя в окружающую атмосферу, при снижении— поступает в расширитель из окружающей атмосферы. Этот процесс, многократно повторяющийся в работающем трансформаторе, подобен дыханию, поэтому принято говорить, что трансформатор «дышит». Чтобы при «дыхании» трансформатора масло не увлажнялось и не загрязнялось, расширитель снабжают воздухоосушителем (заполненным силикагелем), имеющим устройство для очищения воздуха от механических примесей (масляный затвор). При наличии воздухоосушителя весь поступающий в расширитель воздух, проходя через силикагель, освобождается от влаги, а механические частицы, содержащиеся в воздухе, оседают в масляном затворе.
Расширитель соединен с баком при помощи патрубка (маслопровода), в рассечку которого установлены пробковый кран и газовое реле.
Газовое реле служит для сигнализации о возникновении в частях трансформатора, расположенных в его баке, повреждений, вызывающих местные нагревы и вследствие этого разложение масла, дерева или изоляции, сопровождающееся интенсивным образованием газов. Газовое реле реагирует также на резкое снижение уровня масла, вызванное его утечкой из бака. При серьезных повреждениях, грозящих перейти в аварию и сопровождающихся сильным газообразованием, контакты реле замыкают цепь приборов, отключающих трансформатор от неповрежденной части электроустановки.
Газовое реле ПГ-22 (см. рис. 55,6) имеет следующее устройство. Внутри металлического корпуса 9 реле расположены друг над другом подвижные герметически закрытые металлические цилиндры — поплавки 18 и 20. На поплавках закреплены стеклянные колбочки, в которые вмонтированы контакты и налито немного ртути. Контакты колбочки верхнего поплавка служат для замыкания цепи звукового сигнала, а нижнего — для замыкания цепи отключения трансформатора.
При нормальном режиме работы трансформатора резервуар реле заполнен маслом, поплавки 18 и 20 подняты, контакты 17 и 19 в колбочках с ртутью не замкнуты. При слабом газообразовании, характеризующем незначительное повреждение внутри бака трансформатора, газы медленно поднимаются вверх и, скопляясь в резервуаре, вытесняют из него масло. Уровень масла в реле понижается, из-за чего верхний поплавок опускается, при этом ртуть в прикрепленной к нему колбочке, переливаясь, замыкает контакты цепи сигнала. Усилившееся газообразование вследствие развития повреждения вызывает срабатывание второго поплавка, который опрокидывается вместе с прикрепленной к нему стеклянной колбочкой; ртуть, переливаясь в колбочке, замыкает ее контакты, вызывая действие релейной защиты, отключающей трансформатор с помощью масляного выключателя.
Реле ПГ-22 имеются на большинстве силовых трансформаторов прежних выпусков. На современных трансформаторах наряду с реле ПГ-22 используют чашечные газовые РГЧЗ-66. Эти реле, имеющие почти одинаковое устройство и принцип действия с ПГ-22, отличаются от последних поплавками, которые заменены плоскодонными круглыми чашками, поворачивающимися вокруг своей оси, и подвижными контактами, закрепленными на изоляционных стойках, помещенных внутри чашек. Неподвижные контакты смонтированы на изоляционных пластинах, закрепленных на корпусе реле.
В последнее время трансформаторы стали оснащать более совершенными газовыми реле отечественного и зарубежного производства. У этих реле ртутные выключатели заменены электромагнитными (например, газовое реле Бухгольца производства ГДР), более надежными в работе и обладающими высокой чувствительностью.
Для защиты трансформатора от повреждения при бурном газообразовании в баке используется предохранительная труба (см. рис. 55,и), устанавливаемая на крышке трансформатора. Она представляет собой стальной цилиндр с «коленом» в верхней части. Нижняя часть цилиндра завершается фланцем, с помощью которого предохранительная труба крепится над отверстием в крышке трансформатора. На конце колена установлена стеклянная диафрагма (мембрана). Места крепления цилиндра и диафрагмы уплотнены прокладками.
При бурном газообразовании и повышении давления, вызванных аварийным процессом в баке, диафрагма разрушается и газы с маслом выбрасываются наружу, предотвращая таким образом взрыв бака трансформатора.
