19.2. Устройство трансформаторов

 Теория  /  19.2. Устройство трансформаторов

    Основные части трансформатора — это магнитопровод и обмотки. Магнитопровод трансформатора выполняют из листовой электротехнической стали. Перед сборкой листы с двух сторон изолируют лаком. Такая конструкция магнитопровода дает возможность в значительной степени ослабить в нем вихревые токи. Часть магнитопровода, на которой располагают обмотки, называют стержнем.

    В стержневых трансформаторах имеются два стержня и соединяющих их два ярма (рис. 2, а). Броневые трансформаторы имеют разветвленный магнитопровод с одним стержнем и ярмами, частично прикрывающими («бронирующими») обмотки (рис. 2, б).

Рис. 2 - Однофазные трансформаторы стержневого (а) и броневого (б) типов

    Стержневая конструкция имеет наибольшее распространение, особенно в трансформаторах большой и средней мощности. Достоинства этой конструкции — простота изоляции обмоток, лучшие условия охлаждения, простота ремонта.

    Однофазные трансформаторы малой мощности чаще имеют броневую конструкцию, что позволяет уменьшить габариты трансформатора. Кроме того, боковые ярма защищают обмотку от механических повреждений; это важно для трансформаторов малой мощности, которые часто не имеют защитного кожуха и располагаются вместе с другим электрооборудованием на общей панели или в общем шкафу.

    Трехфазные трансформаторы обычно выполняют на магнитопроводе стержневого типа с тремя стержнями (рис. 3).

Рис. 3 - Трехфазный трансформатор стержневого типа: 1 - магнитопровод; 2 - обмотки

    В трансформаторах большой мощности применяют бронестержневую конструкцию магнитопровода (рис. 4), которая хотя и требует несколько повышенного расхода электротехнической стали, но позволяет, уменьшить высоту магнитопровода (НБС < НС), а следовательно, и высоту трансформатора. Это имеет большое значение при его перевозке в собранном виде.

Рис. 4 - Магнитопроводы бронестержневого трансформатора: однофазного (а); трехфазного (б)

    По способу соединения стержней с ярмами различают магнитопроводы стыковые (рис. 5, а) и шихтованные (рис. 5, б). В стыковых магнитопроводах стержни и ярма собирают раздельно, а затем соединяют посредством крепежных частей. Такая конструкция магнитопровода облегчает посадку обмоток на стержни, так как для этого достаточно снять только верхнее ярмо. Но при шихтовой сборке магнитопровода, когда листы (полосы) собирают «внахлестку», воздушный зазор в месте стыка стержней и ярем может быть сделан минимальным, что значительно снизит магнитное сопротивление магнитопровода. Кроме того, механическая прочность шихтованного магнитопровода намного выше, чем стыкового. Все это привело к тому, что шихтованные магнитопроводы получили основное применение.

Рис. 5 - Сборки магнитопровода

    Листы магнитопровода стягивают посредством шпилек 4 и накладок 7, изолированных от листов изоляционными шайбами 2 и трубками 3 (рис. 6).

Рис. 6 - Изоляция шпильки, стягивающей листы магнитопровода

    В последнее время сборку листов (полос) магнитопровода в пакет выполняют наложением на стержни и ярма бандажа из стекловолоконной ленты.

Рис. 7 - Форма сечения стержня

    Форма поперечного сечения стержней зависит от мощности трансформатора: в небольших трансформаторах применяют стержни прямоугольного сечения (рис. 7, а), в трансформаторах средней и большой мощности — стержни ступенчатого сечения (рис. 7, б, в) с числом ступеней, возрастающим с увеличением мощности трансформатора. Ступенчатое сечение стержней обеспечивает лучшее использование площади внутри обмотки, так как периметр ступенчатого стержня приближается к окружности. В трансформаторах большой мощности для улучшения теплоотдачи между пакетами стали магнитопровода устраивают вентиляционные каналы (рис. 7, в).

    Обмотки трансформаторов выполняют из проводов круглого и прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой.

    Обмотки бывают цилиндрические, располагаемые на стержнях, концентрические (рис. 8, а) и дисковые, располагаемые на стержнях в чередующемся порядке (рис. 8, б).

Рис. 8 - Обмотки трансформаторов

    

    Магнитопровод трансформатора вместе с кожухом или баком заземляют, что обеспечивает безопасность обслуживания трансформатора в случае, если изоляция обмотки окажется пробитой.
    Возможны два варианта взаимного расположения обмоток на стержнях магнитопроводов: раздельное расположение (на одном стержне обмотка ВН, а на другом НН) применяют весьма редко и только в высоковольтных трансформаторах, так как это создает лучшие условия для надежной изоляции обмотки ВН от обмотки НН; однако в этом случае наблюдается увеличение магнитного потока рассеяния; наиболее распространено равномерное концентрическое расположение обмоток на всех стержнях магнитопровода (см. рис. 2, а), так как это обеспечивает малую величину магнитного потока рассеяния. При этом обычно ближе к стержню располагают обмотку НН, так как она требует меньшей электрической изоляции от стержня (заземленного), затем укладывают слой изоляции из картона или бумаги и обмотку ВН.

    В трансформаторах с масляным охлаждением магнитопровод с обмотками помещен в бак, наполненный трансформаторным маслом (рис. 9).

Рис. 9 - Устройство трансформатора с масляным охлаждением: 1- магнитопровод; 2 и 3 - обмотки ВН и НН; 6- выхлопная труба; 7- расширитель; 8- радиаторные трубы; 9-бак

    Омывая обмотки 2 и 3, магнитопровод 7, трансформаторное масло отбирает от них тепло и, обладая более высокой теплопроводностью, чем воздух, через стенки бака 9 и трубы радиатора 8 отдает его в окружающую среду. Наличие трансформаторного масла обеспечивает более надежную работу высоковольтных трансформаторов, так как электрическая прочность масла намного выше, чем воздуха. Масляное охлаждение интенсивнее воздушного, поэтому габариты и вес масляных трансформаторов меньше, чем у сухих трансформаторов такой же мощности. В трансформаторах мощностью до 20 - 30 кВА применяют баки с гладкими стенками. У более мощных трансформаторов для увеличения охлаждаемой поверхности стенки бака делают ребристыми или же применяют трубчатые баки, как это показано на рис. 9.

    Масло, нагреваясь, поднимается вверх и, охлаждаясь, опускается вниз. При этом масло циркулирует в трубах, что способствует более быстрому его охлаждению.

    Для компенсации объема масла при изменении температуры, а также для защиты масла трансформатора от окисления и увлажнения при контакте с воздухом в трансформаторах применяют расширитель 7, представляющий собой цилиндрический сосуд, установленный на крышке бака и сообщающийся с ним. Колебания уровня масла с изменением его температуры происходят не в баке, который всегда заполнен маслом, а в расширителе, сообщающемся с атмосферой.

    В процессе работы трансформаторов не исключена возможность возникновения в них явлений, сопровождающихся бурным выделением газов, что ведет к значительному увеличению давления внутри бака, поэтому во избежание повреждения баков трансформаторы мощностью 1000 кВА и выше снабжают выхлопной трубой 6, которую устанавливают на крышке бака. Нижним концом труба сообщается с баком, а ее верхний конец заканчивается фланцем, на котором укреплен стеклянный диск. При давлении, превышающем безопасное для бака, стеклянный диск лопается,и газы выходят наружу.

    Трансформаторы средней и большой мощности снабжены газовым реле. При возникновении в трансформаторе значительных повреждений, сопровождаемых обильным выделением газов (например, при коротком замыкании между витками обмоток), газовое реле срабатывает и замыкает контакты цепи управления выключателя, который отключает трансформатор от сети. Обмотки трансформатора с внешней цепью соединяют вводами 4 и 5, выполняемыми обычно из фарфора. К баку трансформатора прикреплен щиток, на котором указаны: номинальная мощность - мощность на зажимах вторичной обмотки, кВА; номинальное первичное напряжение, кВ; номинальное вторичное напряжение — напряжение на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора и номинальном первичном напряжении, кВ; номинальные токи трансформатора (первичный и вторичный), А.