Силовий трансформатор

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Трифазний силовий трансформатор трансформаторної підстанції відкритого типу
Трифазний силовий масляний трансформатор з вирізом у баку для демонстрації конструкції

Силови́й трансформа́тор (англ. power transformer) — стаціонарний прилад, трансформатор з двома або більше обмотками, який за допомогою електромагнітної індукції перетворює систему змінної напруги та струму в іншу систему змінної напруги та струму, як правило, різних значень за тієї-ж частоти задля передавання електроенергії[1][2] та її використання[3].

Будова силового трансформатора[ред.ред. код]

До основних конструктивних елементів силового трансформатора належать обмотки, які намотано на шихтоване осердя (магнітопровід) з пластин електротехнічної сталі завтовшки 0,35 або 0,5 мм. Обмотки, виконано з проводу прямокутного або круглого перерізу та концентрично розташовано на стрижні магнітопроводу й ізольовано кабельним папером. Обмотки нижчої напруги розміщують ближче до стрижня, а обмотки вищої напруги — над ними. Для забезпечення умов охолодження між обмотками залишають канал завширшки 5-8 мм. Магнітопровід з обмотками встановлено у спеціальний бак (для випадку масляних трансформаторів). Конструкція баку визначається потужністю трансформатора та умовами його охолодження. Тому в експлуатації зустрічаються трансформатори, що мають баки з гладкою та ребристою поверхнею, з додатковими радіаторами і без них. На кришці бака розташовано виводи обмоток. Обмотки можуть мати нульовий вивід (нейтраль), який призначено для їх заземлення. Якщо нульовий вивід трансформатора заземлюється, то ця обмотка називається глухо заземленою, у протилежному випадку — з ізольованою нейтраллю.

Також на кришці бака розташовано навісне обладнання: вихлопна труба, газове реле, пристрій регулювання напруги (РПН — регулювання під навантаженням, або перемикач без збудження — ПБЗ, рос. ПБВ), розширник і маслопровід, що сполучає розширник із самим баком тощо.

Основні компоненти силового трансформатора[ред.ред. код]

Виводи трансформатора[ред.ред. код]

Підведення напруги живлення та підключення навантаження до трансформатора проводиться за допомогою так званих "виводів ". Виводи у сухих трансформаторах може бути виведено на клемну колодку у вигляді болтових контактів, або з'єднувачів з плоскими контактами і можуть розміщуватися як зовні так і всередині знімного корпусу. У масляних (або заповнених синтетичними рідинами) трансформаторах виводи розташовуються лише зовні на кришку, або на бічні сторони бака, а передача від внутрішніх обмоток через гнучкі з'єднання (демпфери) на мідні або латунні шпильки з наріззю. Ізолювання шпильок від корпусу здійснюється за допомогою прохідних ізоляторів (виготовляються зі спеціальної порцеляни або пластмаси), усередині яких проходять шпильки. Защільнення всіх зазорів у виводах здійснюється прокладками з маслобензостійкої гуми.

Виводи трансформаторів за конструктивним виконанням поділяються на:

  • виводи з головною ізоляцією порцелянової покришки;
  • виводи з маслобар'єрною ізоляцією;
  • конденсаторні прохідні ізолятори;
  • виводи з паперово-масляною ізоляцією;
  • виводи з RIP-ізоляцією (англ. resin impregnated paper — папір просочений смолою) (з пустотілим ізолятором або з прямим литтям ізолятора);
  • виводи з елегазовою ізоляцією.

Охолоджувачі[ред.ред. код]

Охолоджувальне устаткування забирає гаряче масло (оливу) у верхній частині бака і повертає охолоджене масло у нижню бічну частину. Холодильний агрегат має вигляд двох масляних контурів з непрямою взаємодією, один внутрішній і один зовнішній контур. Внутрішній контур переносить енергію від нагрітих поверхонь до масла. У зовнішньому контурі масло переносить тепло до вторинного охолоджувального середовища. Трансформатори зазвичай охолоджуються атмосферним повітрям.

Види охолоджувачів:

  1. Радіатори, бувають різних типів. В основному вони утворюються системою пласких каналів у пластинах з торцевим зварним швом, які сполучають верхній і нижній колектори.
  2. Гофрований бак є одночасно і баком і охолоджувальною поверхнею для розподільних трансформаторів малої та середньої потужності. Такий бак має кришку, гофровані стінки бака і нижню коробку.
  3. Вентилятори.Для великих вузлів можливе використання підвісних вентиляторів під радіаторами або збоку від них для забезпечення примусового руху повітря і природного масляного і примусового повітряного охолодження. Це може збільшити навантажувальну здатність трансформаторів приблизно на 25 %.
  4. Теплообмінники з примусовою циркуляцією масла, повітря. У великих трансформаторах відведення тепла за допомогою природної циркуляції через радіатори вимагає багато місця. Потреба в просторі для компактних охолоджувачів набагато нижча, ніж для простих радіаторних батарей. З точки зору економії місця може виявитися вигідним використовувати компактні охолоджувачі зі значним аеродинамічним опором, що вимагає застосування примусової циркуляції масла за допомогою насоса і потужних вентиляторів для нагнітання повітря.
  5. Масляно-водяні охолоджувачі, зазвичай, виконують у вигляді циліндричних трубчастих теплообмінників зі знімними трубками. Такі теплообмінники знайшли широке застосування і вони вважаються класичними конструкціями.

Обладнання для регулювання напруги[ред.ред. код]

Більшість трансформаторів обладнано засобами для зміни коефіцієнта трансформації шляхом додавання або відключення числа частини витків обмотки.

Різновиди перемикачів числа витків трансформатора:

  1. Перемикачі числа витків без навантаження — перемикачі без збудження (ПБЗ);
  2. Перемикачі числа витків під навантаженням — регулювання під навантаженням (РПН)

Додаткове навісне обладнання силового трансформатора[ред.ред. код]

Газове реле[ред.ред. код]

Дія газового захисту базується на тому, що всякі, навіть незначні, пошкодження, а також підвищені температури всередині бака трансформатора, викликають розкладання масла та органічної ізоляції, що супроводжується виділенням газу. Інтенсивність газоутворення і хімічний склад газу залежать від характеру та розмірів пошкодження. Тому захист виконується так, щоби за повільного газоутворення, подавався попереджувальний сигнал, а за бурхливого газоутворення, що має місце під час коротких замикань, відбувалося відключення пошкодженого трансформатора. Крім того, газовий захист спрацьовує за небезпечного зниження рівня масла в баку трансформатора. Газове реле, зазвичай, встановлюється у сполучній трубці між баком та розширником.

Індикація температури масла й обмоток[ред.ред. код]

Занадто висока температура всередині бака трансформатора прискорює термічне старіння ізоляції, що у підсумку спричиняє скорочення терміну служби автотрансформатора. Застосування індикаторів температури (термосигналізатор) дозволяє контролювати температуру масла і обмоток і завдяки управлінню групами вентиляторів, підтримувати її на відповідному рівні, а в крайніх випадках — відключати трансформатор.

Вмонтовані трансформатори струму[ред.ред. код]

Трансформатори служать для передачі сигналу вимірювальної інформації приладам вимірювання, захисту, автоматики, сигналізації та управління в електричних установках змінного струму частоти 50 і 60 Гц.

Трансформатори струму можуть розташовуватися усередині силового трансформатора, часто поблизу заземленого рукава на стороні масла прохідних ізоляторів, а також на низьковольтних шинах.

Пристрої безперервної регенерації масла[ред.ред. код]

У процесі роботи, всередині масляного трансформатора, з'являється вода і шлам. Шлам в основному утворюється від розкладання масла, вода — як результат попадання повітря під час температурних змін об'єму масла у негерметичних конструкціях бака (так зване «дихання трансформатора»), а також, як побічний продукт під час хімічних реакцій розкладання масла. Тому трансформатори потужностями 160 кВА та вище, забезпечуються пристроями безперервної регенерації масла. Останні поділяються на термосифонні та адсорбційні, відмінність між якими полягає в механізмах транспортування масла крізь них. Термосифонні пристрої монтуються безпосередньо на баку трансформатора. Адсорбційні-ж встановлюються на окремому фундаменті.

У термосифонних пристроях використовується природна циркуляція (при нагріванні масло піднімається вгору, проходячи через термосифонний фільтр, потім охолонувши, опускається на дно бака трансформатора і знову потрапляє у фільтр і т. д.). Термосифонні пристрої безперервної регенерації застосовуються на трансформаторах відносно малих габаритів. За великих габаритів, коли природна циркуляція не може створити потрібну продуктивність, застосовується адсорбційна фільтрація.

В адсорбційних фільтрах масло перекачується примусово за допомогою спеціального циркуляційного насоса.

Ефект регенерації в обох видах пристроїв безперервної регенерації масла ґрунтується на застосуванні в них сорбенту. Найчастіше тут застосовується силікагель у вигляді гранул діаметром від 2,8 до 7 мм, які добре поглинають вологу. Кількість силікагелю розраховується за масою масла трансформатора (від 0,8 до 1,25 %).

Системи захисту масла[ред.ред. код]

Найпоширенішою системою захисту масла є відкритий розширювальний бак, у якому повітря над рівнем масла вентилюється через вологопоглинальний пристрій, у який засипані гранули силікагелю діаметром близько 5мм . При цьому частина цього пристрою розташована зовні і має прозоре вікно, всередині якого знаходиться так званий індикаторний силікагель, просочений солями кобальту. У нормальному стані індикаторний силікагель має блакитне забарвлення, від зволоження, він змінює забарвлення на рожеве, що є сигналом обслуговуючому персоналу до заміни всього силікагелю у вологопоглинальному пристрої.

Часто у верхній точці розширювача встановлюють пристрій гідрозатворного типу (масляний затвор), що є першим ступенем осушення повітря, яке надходить в розширювач. Масляний затвор своїм патрубком з'єднаний з розширювачем, а у верхній частині має чашку, приварену до патрубка. Усередині чашки розташовано стінку, котра відокремлює патрубок від чашки зсередини і утворює внутрішній кільцевий канал. Зверху чашка закривається кришкою, що також має на внутрішній стороні стінку. Конструкція перешкоджає щільному закриттю чашки кришкою і створює зазор між ними, крім того внутрішня стінка кришки за фіксації, також має зазор з внутрішньою стінкою, тобто створюється лабіринтова система. Для того, щоб задіяти масляний затвор слід залити в кільцевий канал чашки сухе трансформаторне масло до рівня, вказаного інструкцією, закрити кришкою і зафіксувати останню. Принцип роботи пристрою наступний: повітря, потрапляє у зазор між кришкою і стінкою чашки, потім проходить крізь масло у кільцевому каналі, частково віддаючи вологу в масло, і надходить патрубком у силікагелевий вологопоглинач, а потім — у розширник.

Розширний бак трансформатора може бути оснащений надувною подушкою з синтетичного каучуку розташованою над маслом. Внутрішній простір подушки сполучений з атмосферою, тому вона може «вдихати» повітря, коли трансформатор охолоджується і масло стискається, та «видихати» повітря, коли трансформатор нагрівається. Іншим вирішенням плівкового захисту є розширний бак, який розділено у горизонтальній площині мембраною або діафрагмою, котра дозволяє маслу розширюватись або стискатись без прямого контакту із зовнішнім повітрям.

Простір над маслом в розширному баку можна заповнити азотом. Це можна робити з балона зі стисненим газом через редукційний клапан. Коли трансформатор вдихає, редукційний клапан випускає азот з балона. Коли об'єм збільшується, азот виходить в атмосферу через вентиляційний клапан.

Трансформатори можуть мати герметичне виконання. У малих маслонаповнених розподільних трансформаторах пружний гофрований бак може компенсувати розширення масла. В іншому випадку треба забезпечити простір над маслом всередині трансформаторного бака, заповнений сухим повітрям або азотом, щоб вони виконували роль подушки під час розширення або стиснення масла.

Може використовуватись і поєднання різних рішень.

Покажчики рівня масла[ред.ред. код]

Покажчики рівня масла застосовуються для визначення рівня масла в розширному баку, як правило, це прилади з циферблатом, або скляна трубка, що працює за принципом сполучених посудин, встановлені прямо на розширному баку з індикацією рівня масла на його торцевій стороні.

Пристрої скидання тиску[ред.ред. код]

Дуговий розряд або коротке замикання, які виникають в маслонаповненому трансформаторі, зазвичай супроводжуються створенням надвисоких тисків у баку через газ, що виділяється при розкладанні і випаровуванні масла. Пристрій скидання тиску призначений для зниження рівня цього тиску, а отже, зменшення ризику розриву бака і неконтрольованого витоку масла, який може також ускладнитися загорянням від електричної дуги. Згідно з ГОСТ 11677-75>[4]. масляні трансформатори 1000 кВА та вище, повинні бути забезпечені захисним пристроєм за аварійного підвищення тиску.

Пристрої аварійного скидання тиску мають два основні виконання:

  • У вигляді так званої вихлопної труби, що встановлюється з невеликим нахилом на кришці трансформатора і сполучена нижньою частиною з його внутрішнім простором. Верхня частина вихлопної труби (верх труби за рівнем розташований вище верхньої точки розширювача) зазвичай на самому кінці має загин і герметично закрита скляною мембраною, яка у разі різкого підвищення тиску, розколюється і забезпечує аварійне його скидання. Вихлопна труба встановлюється на трансформаторах з розширювачем, хоча треба зауважити, що не всі виробники встановлюють на свої трансформатори вихлопні труби, вважаючи їх малоефективними.
  • У вигляді різних конструкцій клапанів. Мала вага тарілки клапана і низька механічна жорсткість пружин закриття забезпечує швидке і широке відкривання. Клапан знову повертається в нормальний закритий стан, коли надлишковий тиск скинуто. Зазвичай клапанні пристрої застосовуються в конструкціях трансформаторів не оснащених розширниками.

Пристрої захисту від раптового підвищення тиску[ред.ред. код]

Реле раптового підвищення тиску призначено для спрацьовування у разі виникнення пружної масляної хвилі в баку трансформатора за серйозних замикань. Це пристрій здатний розрізняти швидке та повільне наростання тиску і автоматично відключає вимикач, якщо тиск зростає швидше, ніж задано.

Пристрої захисту від ушкоджень[ред.ред. код]

Для захисту силових трансформаторів використовуються елементи релейного захисту та автоматики, на трансформаторах для напруг 6/10 кВ частіше використовуються плавкі запобіжники.

Витратоміри[ред.ред. код]

Для контролю подавання масла насосами в трансформаторах з примусовим охолодженням, встановлюються масляні витратоміри манометричного типу. Витратоміри також застосовуються для вимірювання витрати води у трансформаторах з водяним охолодженням. Зазвичай, витратоміри обладнано аварійною сигналізацією. Вони також можуть мати циферблатний індикатор.

Класифікація силових трансформаторів[ред.ред. код]

Силові трансформатори поділяються:

  • за кліматичним виконанням та категорією розташування — на трансформатори, що призначено для роботи за нормальних умов, і на трансформатори, які призначено для роботи в спеціальних умовах[5][4].

Для роботи трансформаторів за нормальних умов потрібно:

висота установлення над рівнем моря — не більше 1000 м, крім трансформаторів класу напруги 750 кВ, для яких висота установлення над рівнем моря — не більше 500 м;
категорія виконання У згідно з ГОСТ 15150—69 та ГОСТ 15543-89Е.
середньодобова температура повітря — не більше 30 °С і середньорічна температура повітря — не більше 20 °С;
температура охолоджувальної води — не більше 25 °С на вході до охолодника.

Для роботи трансформаторів у спеціальних умовах потрібно:

висота установлення над рівнем моря для трансформаторів класів напруги до 500 кВ — більше 1000 м, але не більше, ніж 3500 м;
категорія виконання — ХЛ або УХЛ згідно з ГОСТ 15150—69, ГОСТ 15543-89Е;
температура охолоджувальної води — більше 25 °С, але не більше 33 °С.
  • за видом ізолювального та охолоджуючого середовища — на масляні та сухі трансформатори. Трансформатори з напругою 35 кВ і вище випускаються лише з масляним охолодженням і зазвичай, встановлюються на відкритому повітрі;
  • за типами, що характеризують призначення та особливості конструкції, — однофазні або трифазні, з можливістю регулювання під навантаженням (РПН), перемикачі без збудження (далі — ПБЗ) тощо.

Умовні позначення силових трансформаторів[ред.ред. код]

Структурна схема умовної познаки силового трансформатора за ГОСТ 11677-85[4]

Літерна частина умовного позначення повинна містити позначення у наступному порядку[4]:

  1. Призначення трансформатора (може бути відсутнім)
    А — автотрансформатор
    Э — електропічний
  2. Кількість фаз
    О — однофазний трансформатор
    Т — трифазний трансформатор
  3. Розщеплення обмоток (може бути відсутнім)
    Р — розщеплена обмотка НН;
  4. Cистема охолодження
    1. Сухі трансформатори
      С — природне повітряне при відкритому виконанні
      СЗ — природне повітряне при захищеному виконанні
      СГ — природне повітряне при герметичному виконанні
      СД — повітряне з дуттям
    2. Масляні трансформатори
      М — природне масляне
      МЗ — з природним масляним охолодженням із захистом за допомогою захисної азотної подушки без розширника
      Д — масляне з дуттям і природною циркуляцією масла
      ДЦ — масляне з дуттям і примусовою циркуляцією масла
      Ц — масляно-водяне з примусовою циркуляцією масла
    3. З негорючим рідким діелектриком
      Н — природне охолодження негорючим рідким діелектриком
      НД — охолодження негорючим рідким діелектриком з дуттям
  5. Особливість трансформатора (може бути відсутнім)
    Л — виконання трансформатора з литою ізоляцією;
    Т — триобмотковий трансформатор (Для двообмоткових трансформаторів не вказують);
    Н — трансформатор з регулюванням під навантаженням (РПН);
    З — трансформатор без розширника, з природним масляним охолодженням або з охолодженням негорючим рідким діелектриком із захистом за допомогою азотної подушки;
    Ф — трансформатор з розширником і виводами, змонтованими у фланцях на стінках бака;
    Г — трансформатор у гофробаку без розширника — «герметичне виконання»;
  6. Призначення (може бути відсутнім)
    С — виконання трансформатора для власних потреб електростанцій
    П — для ліній передачі постійного струму
    М — виконання трансформатора для металургійного виробництва
    ПН — виконання для живлення заглиблених електронасосів.

Для автотрансформаторів за класів напруги з боку СН або НН 110 кВ і вище після класу напруги з боку ВН через косу риску вказують клас напруги з боку СН або НН.

Примітка. Для трансформаторів, виготовлених до 01.07.87, допускається вказувати останні дві цифри року випуску робочих креслень.

Приклад умовних познак:

  • трансформатора трифазного сухого з природним повітряним охолодженням при захищеному виконанні, двообмоткового, потужністю 100 кВ•А, класу напруги 10 кВ, виконання У категорії 3 за ГОСТ 15150[6]:
ТСЗ-100/10-У3;
  • трансформатора трифазного масляного з охолодженням з природним циркулюванням повітря або масла, двообмоткового, з регульованою напругою під навантаженням, потужністю 2500 кВ•А, класу напруги 110 кВ, виконання У категорії 1 за ГОСТ 15150:
ТМН-2500/110-У1;
  • автотрансформатора трифазного масляного з охолодженням при примусовому циркулю ванні повітря і масла з не спрямованим потоком масла, триобмоткового, з регулюванням напруги під навантаженням, потужністю 200000 кВ•А, класу напруги обмотки ВН — 330 кВ, класу напруги обмотки — СН — 110 кВ, виконання У категорії 1 за ГОСТ 15150:
АТДЦТН-200000/330/110-У1.
Відповідність умовних позначень видів систем охолодження, прийнятих за ГОСТ та IEC.
Умовна познака виду охолодження Вид системи охолодження трансформатора
ГОСТ 11677-85[4] IEC 60076-2:1993[7]
IEC 60076-11:2004[8]
Сухі трансформатори
С AN Природне повітряне при відкритому виконанні
СЗ ANAN Природне повітряне при захищеному виконанні
СГ Природне повітряне при герметичному виконанні
СД ANAF Повітряне з примусовою циркуляцією повітря
Масляні трансформатори
М ONAN Природна циркуляція повітря і масла
Д ONAF Примусова циркуляція повітря і природна циркуляція масла
МЦ OFAN Природна циркуляція повітря і примусова циркуляція масла з неспрямованим потоком масла
НМЦ ODAN Природна циркуляція повітря і примусова циркуляція масла із спрямованим потоком масла
ДЦ OFAF Примусова циркуляція повітря і масла з неспрямованим потоком масла
НДЦ ODAF Примусова циркуляція повітря і масла із спрямованим потоком масла
Ц OFWF Примусова циркуляція води і масла з неспрямованим потоком масла
НЦ ODWF Примусова циркуляція води і масла із спрямованим потоком масла
Трансформатори з негорючим рідким діелектриком
Н LNAF Природне охолодження негорючим рідким діелектриком
НД LNAF Охолодження негорючим рідким діелектриком із примусовою циркуляцією повітря
ННД LFAF Охолодження негорючим рідким діелектриком із примусовою циркуляцією повітря і з спрямованим потоком рідкого діелектрика

Провідні підприємства України у галузі розробки та виробництва силових трансформаторів[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. ДСТУ 3270-95 Трансформатори силові. Терміни та визначення.
  2. «Силовий трансформатор» у Міжнародному електротехнічному словнику IEV 421-01-01
  3. ДСТУ 2790-94 Системи електропостачальні номінальною напругою понад 1000 В: джерела, мережі, перетворювачі та споживачі електричної енергії. Терміни та визначення.
  4. а б в г д ГОСТ 11677—85 Трансформаторы силовые. Общие технические условия.
  5. ГДК 34.46.501-2003 Трансформатори силові. Типова інструкція з експлуатації.
  6. ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.
  7. IEC 60076-2:1993 Power transformers – Part 2:Temperature rise.
  8. IEC 60076-11:2004 Power transformers – Part 11:Dry-type transformers.

Джерела[ред.ред. код]

  • ГКД 34.46.501-2003 ТРАНСФОРМАТОРИ СИЛОВІ Типова інструкція з експлуатації (Затв. наказом Міністерства палива та енергетики України № 137 від 19 березня 2003 р.)
  • Загірняк М. В., Невзлін Б. І. Електричні машини: підручник. — К.: Знання, 2009. — 399 с. — ISBN 978-966-346-644-6
  • Справочник по проектированию электроснабжения. /Под ред. Ю. Г. Барыбина и др. — М.: Энергоиздат, 1990. — 576 с. ISBN 5-283-01032.5
  • Цирель Я. А., Поляков В. С. Эксплуатация силовых трансформаторов на электростанциях и в электросетях. — Л.: Энергоатомиздат, 1985. — 264 с.

Посилання[ред.ред. код]