Выбор и описание конструкции трансформатора

Рисунок 2.6 План шихтовки магнитной  системы с прямыми стыками

  

Рисунок 2.7 План шихтовки магнитной системы  с косыми стыками

 

 

Рисунок 2.8 План шихтовки магнитной системы  
с комбинированными стыками

 

  В спроектированном трансформаторе  выбраны углы с косыми стыками  (рис.2.7)

В собранном виде шихтованный магнитопровод (рис.2.3) прессуется. Под прессом на стержни накладывают бандажи из стеклоленты 20 (рис.2.1) на подложки из электротехнического картона. Расстояние между бандажами 15…20 см.

На ярма накладывают  с двух сторон ярмовые балки 12, 31, и  хомуты 10 (рис.2.1). Ярмовые балки скрепляются выносными за ярма шпильками, а хомуты охватывают ярма по середине окна (рис.2.9).

 

 

 

1-ярмовая балка; 2-стяжная  шпилька; 3-ярмо магнитопровода; 4-стальные  полубандажи

 

Рисунок 2.9 Прессовка ярма

 

Усиление механической связи верхних и нижних ярем с  помощью прессующих (стержень) пластин  или стяжных (ярем) шпилек позволяет  избежать возможность расшихтовки  верхнего ярма при транспортировке  полностью собранного и скрепленного магнитопровода. В таком виде его называют остовом.

Для усиление механической связи верхних и нижних ярем в проекте принят

прессующие (стержни) пластины.

Остов после проверки на соответствие его заданным потерям  и току намагничивания поступает  на участок сборки активной части (остов с обмотками). На этом участке расшихтовывают верхние ярмо и подготавливают стержни для насадки изготовленных обмоток.

 

2.2 Система  обмоток

В спроектированном трансформаторе принято концентрическое расположение обмоток относительно стержня. На каждом стержне обмотка НН 22 располагается ближе к стержню, а обмотка ВН 21 охватывает обмотку НН (рис.2.1).

По расположению проводников  витка и витков относительно стержня  наиболее распространенными типами обмоток являются:

• цилиндрические из круглого провода;
• цилиндрические из прямоугольного провода;
• винтовые (одно- и многоходовые);
• непрерывные спиральные катушечные.

В проекте для НН выбрана цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода, а для стороны ВН – цилиндрическая обмотка из круглого провода.

Обе обмотки выполнены из медных проводников с бумажной изоляции типа ПБ.

Выбранная изоляция проводников  обеспечивает класс нагревостойкости А (допустимый перегрев обмотки относительно окружающего воздуха 65⁰ С, при наибольшей его температуре 40⁰С). Этому классу (не ниже) соответствует остальные изоляционные материалы.

Обмотки намотаны на цилиндрах  выполненных  из электротехнической бумаги и пропитанные бакелитовым  лаком.

Для обеспечения одновременно изоляции и надежного охлаждения обмотки  выполняются с осевыми (вертикальными) и радиальными (горизонтальными) каналами, по которым естественным способом перемещается трансформаторное масло. Осевые каналы формируются с помощью вертикальных прокладок – реек (рис.2.10), а радиальные каналы – с помощью реек и прокладок (рис.2.11) .

Рисунок 2.10 Различные  формы поперечных сечений реек

                                         

1-бумажно-бакелитовый  цилиндр; 2-обмотка; 3-рейка; 4-прокладка

 

Рисунок 2.11 Расположение реек и междукатушечных прокладок

 

Между слоями, спаренными витками и катушками применяют  в качестве изоляции кабельную бумагу К-120 толщиной 0.12 мм, или шайбами  из электротехнического картона  толщиной 1 или 2 мм.

В проекте для обмоток  использованы:

• рейки для обмотки НН и ВН;
• шайбы для обмотки ВН - электротехнический картон марки Б;
• кабельную бумагу для междуслоевой изоляции в обмотке НН- бумагу К-120 толщиной 0.12 мм

Обмотка ВН каждой фазы выполнена  с отпайками от четырех секций (катушек), каждая из которых имеет 2,5% от витков, соответствующих требуемому коэффициенту трансформации. Общее (суммарное) количество витков составляет 105% от требуемого коэффициентом трансформации.

Отпайки в обмотке  ВН служат для регулирования напряжения путем переключения витков. Переключение осуществляется без возбуждения – ПБВ, т.е. трансформатор отключен полностью от сети.

Перед насадкой обмоток  на стержни (верхнее ярмо 15 расшихтовано, рис.2.1) на нижнем ярме и ярмовых балках располагают уравнительную изоляцию 25. Она выполняется из дерева (бука) и образует вместе с наибольшим выступом пакета ярма горизонтальную площадку. На этой горизонтальной площадке располагают изоляционную шайбу 24 из прессованного электрокартона. На шайбе имеются выступы, на которые упираются обмотки в НН и  ВН. Эти выступы позволяют маслу проходить между ними в вертикальные и горизонтальные каналы обмоток, обеспечивая охлаждение последних перемещающимся  маслом.

Далее обмотки располагают  на стержнях. Сверху на обмотки накладывают  эти же шайбы с выступами, но с  разворотом на 180⁰, что позволяет охлаждающему маслу (на уже нагретому) выходить из обмоток в бак. На шайбы накладывают прессующие кольца, зашихтовывают верхнее ярмо 15, стягивают его ярмовыми балками 12, а затем прессующими болтами 19 (рис.2.1), которые крепятся к ярмовым балкам, подпрессовывают обмотки для придания обмоткам монолитности. Таких прессующих болтов- 12 штук.

После пайки к концам обмоток отводов к вводам и переключателю витков эту часть трансформатора называют активной. Далее она поступает на участок окончательной сборки трансформатора.

 

2.3 Вспомогательная  система

Основные элементы конструкции  вспомогательной системы трансформатора изображены на общем виде (рис.2.1).

Над активной частью расположен переключатель витков 11. Рукоятка привода  переключения витков располагается  на стенке бака или на крышке бака.

Активную часть трансформатора вместе с переключателем витков располагают  в баке 8, на дне которого кладут деревянные бруски 26. Бруски лежат  вплотную к стенке бака, их крепят к нижним ярмовым балкам 31. Такая конструкция позволяет снизить добавочные потери в стенках бака от потоков рассеивания третей гармоники (увеличив немагнитный зазор между ферромагнитным дном бака и нижним ярмом 31), а также предотвращает смещение активной части по дну бака.

На верхних ярмах  выполняют упорные болты 17, которые, упираясь в стенки бака, исключают  наклон активной части к стенкам  бака при транспортировке и монтаже.

К наружным стенкам бака крепятся сварные радиаторы 29, увеличивающие  площадь охлаждения, табличка 1 с  паспортными данными, термосифонный  фильтр, коробка выводов от контролирующих и сигнализирующих устройств, краны  для заливки, слива и подключения  установки для регенерирования трансформаторного масла.

Сверху бак герметически закрывают крышкой 14. Герметичность  обеспечивают прокладкой из маслобензостойкой  резины 16 и соединением крышки с  баком болтами 18.

Бак 8 с активной частью полностью заполняют трансформаторным 
маслом 6.

На крышке бака крепят расширитель 3, который должен:

• поддерживать постоянное заполнение бака маслом при "тепловом дыхании";
• снизить вероятность попадания в масло влаги и пыли, что сохраняет электрическую прочность масла бака;
• уменьшить зеркало соприкосновения масла с воздухом, т.е. окисление и снижение электрической прочности.

Для контроля уровня масло  в расширителе 3 служит указатель 5.

Сообщение расширителя  с окружающим воздухом осуществляется через подсоединение к нему воздухоосушителя, имеющего маслянный замок и селикогелевое наполнение.

С баком расширитель  соединяется через патрубки и  газовое реле 7, которое предохраняет разрушение бака при резком возрастании  давления внутри него. Например, при "пожаре в железе", когда наличие к.з. контуров в магнитной системе приводит к выделению больших потерь, нагреву масла с переходом в газообразное состояние. В таких случаях трансформаторное масло резко перемещается в расширитель, способствует замыканию контактов балончика, заполненного ртутью. Подается команда на отключение трансформатора от сети.

Полностью снизить давление внутри бака после отключения не удается  из-за инерции теплового процесса. Однако повышенное давление одновременно выдавливает мембрану 2, герметически закрывавшую выхлопную трубу 4, через отверстия которой выбрасывается масло и газы, снижая давление в баке до атмосферного.

На крышке бака располагается вводы  обмоток НН и ВН 13, которым подсоединяются отводы обмоток с некоторым запасом  по длине (петля – температурный  компенсатор).

Для передвижения трансформатора в  продольных и поперечных направлениях к дну бака привариваются поворотные катки 28.

Конструкция, габаритные размеры и  расстояния между катками трансформатора соответствует требованиям, заданным и в техническом условии.

 

3. Основные  расчеты

 

1. Определение основных электрических величин:

Находим мощность на одну фазу или стержень:

 кВА

где с=3 – кол-во стержней.

Определяем  фазные напряжения:

-обмотка НН: В

-обмотка ВН: В

Определяем  линейные токи в обмотках:

-обмотка НН: А

-обмотка ВН: А

Определяем  фазные токи в обмотках:

-обмотка НН: А

-обмотка ВН: А

Определяем  активную составляющую напряжения короткого  замыкания:

         Зная U_к и U_ка определяем U_кр:

  %

В трансформаторах, испытательные напряжения выбираются в зависимости от рабочих напряжении соответствующих обмоток по табл.4.1 .

• обмотка НН U_исп1= 5 кВ;
• обмотка ВН U_исп2= 25 кВ.

Класс напряжения, кВ	3	6	10	15	20	35
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	3,6	7,2	12,0	17,5	24	40,5
Испытательное напряжение Uисп, кВ	18	25	35	45	55	85

Таблица 4.1 –  Испытательные напряжения промышленной частоты (50Гц) для масляных силовых  трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76)

 

 

Примечание: обмотки  масляных и сухих трансформаторов с рабочим напряжением до 1 кВ имеют Uисп = 5 кВ.

 

3.2 Выбор изоляционный промежутков

          3.2.2 Изоляционные расстояния для обмоток.

На рис.1 (рис.4.6 по [1] показана главная изоляция обмоток ВН и НН для испытательных напряжений от 5 до 25 кВ.

Рисунок 1 – Главная изоляция обмоток ВН и НН

         Изоляционные расстояния (таблицы 4.4 и 4.5):

обмотка НН от стержня  а₀₁=7 мм;

между обмотками  ВН и НН а₁₂=13 мм;

между обмотками  ВН и ВН а₂₂=8 мм;

обмотки ВН от ярма h₀=20 мм.

 

Таблица 4.4 – Минимальные изоляционные расстояния обмоток НН

с учетом конструктивных требований

S, кВА	Uисп для HН, кВ	НН от ярма l01, мм	НН от стержня, мм
			δ01	aц1	а01	lц1
26 - 250	5	15	Картон 2 * 0,5	–	4	–
400 - 630*	5*	Принимается равным найденному по испытательному напряжению обмотки ВН	То же	–	5	–
1000 - 2500	5		4	6	15	18
630 - 1600	18; 25 и 35		4	6	15	25
2500 - 6300	18; 25 и 35		4	8	17,5	25
630 и выше	45		5	10	20	30
630 и выше	55		5	13	23	45
Все мощности	85		6	19	30	70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Для винтовой обмотки с испытательным напряжением U_исп= 5 кВ размеры взять из следующей строки для мощностей 1000 - 2500 кВА.

 

 

Таблица 4.5 – Минимальные изоляционные расстояния обмоток ВН (СН) с учетом конструктивных требований

S, кВА	Uисп для ВН (СН), кВ	ВН от ярма, мм		Между ВН (СН) и НН, мм		Выступ цилиндра lц2, мм	Между ВН (СН) и НН, мм
		l02	δш	a12	δ12		а22	δ2і
25 - 100	18; 25 и 35	20		9	2,5	10	8
160 - 630	18; 25 и 35	30	—	9	3	15	10	—
1000 - 6300	18; 25 и 35	50	—	20	4	20	18	—
630 и выше	45	50	2	20	4	20	18	2
630 и выше	55	50	2	20	5	30	20	3
160 - 630	85 (прим. 1)	75	2	27	5	50	20	3
1000 - 6300	85 (прим. 1)	75	2	27	5	50	30	3
10 000 и выше	85	80	3	30	6	50	30	3