Что такое трансформатор с системой охлаждения двигателя. Виды охлаждения силовых масляных трансформаторов

В ПОМЕЩЕНИИ МАРКИРОВКА ОБОРУДОВАНИЕ

При работе любого трансформатора, независимо от типа, происходят потери энергии, ведущие к нагреву рабочих элементов, в особенности обмоток и сердечника.

Продолжительное безаварийное функционирование всех элементов, в частности изоляции, напрямую зависит от точности соблюдения температурного режима.

При этом, чем мощнее устройство, тем эффективнее необходимы системы охлаждения трансформаторов. Основные типы охлаждения силовых трансформаторов, технические характеристики, достоинства, недостатки и область использования каждого из них.

Системы охлаждения с направленной циркуляцией масла в обмотках НДЦ и НЦ.

Улучшить охлаждение обмоток и обеспечить при этом более равномерное распределение в них температуры можно путем создания принудительной (направленной) циркуляции масла в охлаждающих каналах обмоток с требуемой скоростью, обеспечивающей необходимый температурный режим. Здесь возможны два варианта исполнения — с одноконтурной и двухконтурной схемами циркуляции масла. В первом варианте масло, забираемое из верхней части бака, проходит через масляно-воздушные или масляно-водяные охладители и подается в обмотки. Во втором варианте кроме контуров охлаждения масла, аналогичных системам ДЦ или Ц, существуют независимые контуры охлаждения обмоток, причем масло, забираемое насосом из верхней части бака, подается, минуя охладители, в нижнюю часть бака и далее в контуры охлаждения обмоток. Второй вариант исполнения системы охлаждения несколько сложнее и дороже. Эта система охлаждения позволяет при необходимости (например, в трансформаторах предельных мощностей) повысить электромагнитные нагрузки, но она усложняет конструкцию изоляции и обмоток, а также технологию сборки и испытаний трансформаторов (необходимы гидравлические испытания контуров циркуляции масла в обмотке). Поэтому такие системы применяются в отечественном трансформаторостроении для трансформаторов мощностью 400 MB-А и выше.

ОХЛАЖДЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ В ПОМЕЩЕНИИ

Независимо от специфики использования и типа системы охлаждения масляного трансформатора при его расположении внутри здания, помещение нуждается в вентиляции, так как отсутствие интенсивной циркуляции воздуха может стать причиной снижения номинальной мощности.

Как правило, на предприятиях помещения для трансформаторного и сервисного оборудования предусмотрены заранее и имеют вентиляционные отверстия: в нижней части для притока холодного воздуха и в верхней части для оттока теплого воздуха.

Если помещение для трансформаторной подстанции представляет собой отдельно стоящее здание, при большинстве режимов эксплуатации, вполне достаточно естественной циркуляции воздуха.

Принудительная циркуляция необходима следующих случаях:

Помещение имеет небольшую площадь;
Работа оборудования характеризуется частыми перегрузками;
Расположение оборудования в помещении приводит к нарушению естественной циркуляции воздушных потоков;
Температура внешней среды превышает 20оС;
Эксплуатируются трансформаторы типа С.

Основные преимущества и недостатки

Практические каждый тип сопровождается рядом технических особенностей, преимуществами и недостатками. Далее, представляем основные критерии, по которым определяется позитивные или негативные позиции:

Уровень температур. Главное назначение охлаждения — поддержать естественную, благоприятную рабочую среду для оборудования. Последнее во многом определяется средой установки, уровень нагрузки энергоустановок.
Стоимость реализации. Практически каждая энергоснабжающая компания стремится сократить расходы на оборудование, поэтому использует старые проверенные решения в виде масляного охлаждения.
Степень безопасности. Это важный критерий, который предполагает применение того или иного решения на разных объектах энергетики. Для атомных станций предпочтительно задействовать более современные и рациональные предложения, позволяющие поддерживать нужный температурный режим. Когда на подстанции распределительной сети с небольшими токами можно применять вариант по типу С.

Обратите внимание, что в России, Беларуси, Украине используются силовые трансформаторы с системой охлаждения НМЦ, НДЦ.

Маркировки и типы систем охлаждения трансформаторов

Определение маркировки и типа осуществляется в соответствии с ГОСТ 11677-75. Полные спецификации и градации объясняются здесь. Рассмотрим каждую группу отдельно:

С – трансформаторы сухого типа, которые в силу своих особенностей могут использовать естественное воздушное охлаждение. Некоторые варианты поставляются с принудительной циркуляцией воздуха и называются светодиодами.
М – электрооборудование с естественным масляным и воздушным охлаждением. В основном они используются для распределительных сетей с небольшой производительностью. На больших подстанциях есть варианты с принудительной циркуляцией масла МК, НМК.
D – оборудование с естественным масляным охлаждением и принудительным воздушным охлаждением. Существуют разные варианты DC и NDC, в зависимости от добавок в виде циркулирующей технической жидкости.
Н – представленный тип встречается реже, так как для реализации используются негорючие диэлектрики. В большинстве случаев такие изделия менее подвержены взрывам, что обеспечивает большую безопасность людей и подстанции в целом.

Следует отметить, что в современной практике есть зарубежные градации в этом направлении. Практически все упомянутые системы охлаждения трансформаторов дублируются в соответствующих стандартах.

Какая должна быть температура масла

Допустимые температурные показатели жидкого диэлектрика определяются материалом, используемым для изготовления изоляционного покрытия проводов обмоток. Номинальное значение температуры работающих трансформаторов при нижеуказанном материале изоляции (вне зависимости от системы охлаждения) составляет:

электротехнический лак – до 70°С,

Предельная температура нагрева масла для трансформаторов с масляной системой охлаждения не должна превышать 80°С.

Нормативы температуры масла в силовых трансформаторах, использующих указанную систему охлаждения, регламентируются требованиями ГОСТ 11677-85, определяющим технические условия эксплуатации указанного оборудования.

Причины нагрева трансформаторов

Коэффициент полезного действия трансформатора, как и любого другого электроприбора, ниже 100% – от 80% у небольших устройств мощностью 10Вт до 99,5% у силовых трансформаторов. Потери выделяются в обмотках и магнитопроводе в виде тепла.

Нагрев магнитопровода

Потери в сердечнике состоят из двух составляющих:

вихревые токи;
потери на гистерезис.

Вихревые токи наводятся обмотками трансформатора в магнитопроводе, причем чем меньше его сопротивление, тем больше токи и нагрев железа. Для увеличения сопротивления железный сердечник делается не сплошным, а из тонких листов, изолированных друг от друга лаком и окисной пленкой. Изготавливаются он не из обычной углеродистой стали, а из трансформаторного железа, с добавками кремния, повышающего сопротивление металла.

При работе магнитопровод намагничивается магнитным полем, создаваемым током, протекающим по катушкам. Поскольку ток переменный, то поле постоянно меняет полярность и происходит перемагничивание сердечника с выделением тепла. Этот процесс называется “петля гистерезиса”, а потери – потери на гистерезис.

Важно! Для каждого сечения, формы и материалов магнитопровода есть оптимальное число витков обмотки. При его уменьшении растут потери на гистерезис, а при увеличении растут потери в обмотках.

Нагрев обмоток

Проводники, которыми намотаны катушки, имеют активное сопротивление. При работе по этому сопротивлению протекает электрический ток и выделяется энергия, которая превращается в тепло.

Потери в обмотках уменьшаются при увеличении сечения провода и замене дешевого алюминия более дорогой медью, имеющей меньшее сопротивление, но эти способы ведут к увеличению габаритов или росту цены аппарата. Поэтому при проектировании электротрансформатора кроме технического производится экономический расчет.

Интересно! В 50-е годы для уменьшения потерь и нагрева проектировались силовые электротрансформаторы с обмотками из серебра, но из-за роста цен на него эти проекты не были реализованы.

Область применения

Рис. 7. Практическое применение сухих трансформаторов
В виду повсеместного использования электрической энергии для всех производственных и технологических процессов сухие трансформаторы, как высоковольтные преобразователи имеют довольно широкое применение. Их используют для электроснабжения систем наземного электрифицированного транспорта, тяговых и трансформаторных подстанций, питания производственных цехов. Кроме промышленного сектора сухие агрегаты используются в сельскохозяйственной отрасли, для торговых комплексов, курортных баз и поселков. В быту они применяются для электропитания многоквартирных домов, школ и дошкольных заведений.

Область применения слаботочных сухих трансформаторов малой мощности практически ничем не ограничена. Это всевозможные бытовые приборы, устройства и приспособления малой механизации, преобразователи и сварочное оборудование.

Охлаждение по типу М

Представленные тип считается самым распространенным в силу относительной дешевизны, расширенного срока службы и некоторых других особенностей. На подстанциях распределительных сетей используются маслонаполненные трансформаторы с естественной циркуляцией масла и без дополнительного обдува. Система охлаждения трансформатора М имеет некоторые нюансы эксплуатации:

Необходимость отслеживания уровня масла и отбор газа для определения состояния техники. Обслуживающий персонал обязан посетить подстанцию распредсетей не реже 1 раза в полгода.
Конструкция должна быть герметичной. Следы подтеков свидетельствует о необходимости проведения технического или капитального ремонта.

Негативным фактором эксплуатации считается воровство масла. Это распространенная практика, когда происходит пробитие и слив технической жидкости с бака трансформатора. Из-за варварских действий осуществляется перегрев и замыкание оборудования с последующим выгоранием.

МАРКИРОВКА СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПО МЕЖДУНАРОДНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ

В международных нормативах принята четырёхбуквенная маркировка систем охлаждения трансформаторов:

1. Первый символ — обозначение типа охлаждающей жидкости, которая находится в непосредственном контакте с электро несущими обмотками:

«О» — минеральные масла или синтетические хладагенты с температурой воспламенения около 300oС;
«К» — синтетические хладагенты и изоляционные жидкости с температурой воспламенения более 300oС;
«L» — изоляционные жидкости и масла с неопределяемой точкой воспламенения.

2. Второй символ — режим циркуляции теплоносителя:

«N» — естественно-принудительная;
«D» — принудительная;
«F» — принудительная в системе охлаждения и термосифонная в обмотках.

3. Третий символ — тип внешнего охлаждающего вещества;

«А» — воздушное;
«W» — водяное.

4. Четвертый символ — способ циркуляции внешних охлаждающих веществ;

«N» — естественный;
«F» — принудительный.

Система охлаждения Д.

В трансформаторах мощностью более 6,3—10 MB-А затруднительно развить теплоотдающую поверхность бака в такой мере, чтобы обеспечить заданный уровень нагрева. Это становится понятным, если учесть, что согласно законам роста в серии подобных трансформаторов (т. е. в таких, в которых соответствующие линейные размеры пропорциональны) при постоянстве электромагнитных нагрузок (индукции в магнитопроводе, и плотности тока в обмотках) потери растут пропорционально кубу линейных размеров, тогда как охлаждающие поверхности растут пропорционально квадрату этих размеров. Поэтому приходится принимать дополнительные меры для усиления охлаждения путем обдува радиаторов вентиляторами. Тем самым увеличивается в 1,5—2 раза коэффициент теплопередачи и соответственно теплосъем радиаторов. При снижении температуры верхних слоев масла до 50С, если при этом ток нагрузки меньше номинального, вентиляторы отключаются.

Система охлаждения ДЦ.

В трансформаторах мощностью около 100 MB-А и более выделяющиеся потери настолько значительны, что для их отвода приходится применять специальные масляно-воздушные охладители, обдуваемые вентиляторами и оснащенные насосами для принудительной циркуляции масла. Для увеличения эффективности обдува трубы в таких охладителях имеют сильно развитую ребристую наружную поверхность. Благодаря принудительной циркуляции масла достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака. Разница температуры масла вверху и внизу бака составляет в данном случае менее 10°С, в то время как при естественной циркуляции она достигает 20—30°С. Выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью охладители имеют теплосъем 160—180 кВт. В случае отключения системы охлаждения трансформаторы могут оставаться включенными очень непродолжительное время, так как теплоотдающей поверхности бака недостаточно даже для отвода потерь холостого хода. Недостатком такой системы охлаждения является то, что теплоотдача от обмоток к маслу остается практически такой же, как и при естественной конвекции, так как принудительная циркуляция масла происходит только в зоне между наружной обмоткой и стенкой бака трансформатора.

Технические параметры

Перед установкой сухого трансформатора важно точно определить его технические характеристики, которые предоставят базовую информацию о пригодности агрегата для работы в тех или иных условиях.

Среди наиболее важных параметров выделяют:

Номинальная мощность – определяет объем перерабатываемой электроэнергии для сухого трансформатора.
Номинальное напряжение – показывает значение уровня напряжения, которое может подаваться на каждую из обмоток высокого, среднего и низкого потенциала.
Перегрузочный коэффициент – показывает, на какую величину рабочая нагрузка может превышать значение номинального тока.

Рис. 6. Перегрузочная способность

Коэффициенты потерь холостого хода и короткого замыкания.
Степень пыле- влагоустойчивости и климатического исполнения – определяет внешние условия, при которых допускается эксплуатировать агрегат и сохраняется прочность изоляции.
Габаритные размеры и масса сухого трансформатора.

Система охлаждения Ц.

Эта очень эффективная и компактная система охлаждения применяется для мощных трансформаторов тогда, когда имеется достаточное количество воды (гидростанции, очень мощные тепловые станции). Она позволяет отказаться от системы охлаждения ДЦ, которая при очень большой мощности трансформаторов становится достаточно громоздкой. Эта система охлаждения основана на применении масляно-водяных охладителей с гладкими или оребренными трубами и движением воды по трубам, а масла — в межтрубном пространстве. Благодаря конструктивным мероприятиям обеспечивается зигзагообразное движение масла в охладителе с поперечным обтеканием трубок. Большой теплосъем (до 1000 кВт и более) и малые габаритные размеры масляно-водяных охладителей достигаются благодаря увеличению коэффициента теплоотдачи от стенки трубы при охлаждении ее водой. При отключении этой системы охлаждения, как и при системе ДЦ, трансформаторы могут оставаться в работе также очень ограниченное время. Недостаток этой: системы охлаждения в части интенсивности охлаждения обмоток тот же, что и системы охлаждения ДЦ.

Варианты охлаждения С, СГ

В отличие от системы масляного охлаждения трансформаторов, варианты типа С не использует какую-либо жидкость для корректировки температурного режима. Снижение температур осуществляется естественной циркуляцией воздуха, что приемлемо в следующих случаях:

Трансформатор до 63 кВА, которые обладают нормальной средой эксплуатации и небольшой нагрузкой.
Силовое оборудование, которое задействовано в условиях низких температур.
Временная строительная площадка, где не важна длительность использования изделий.

В остальных случаях рекомендуется ориентироваться на описываемые выше решения. Это позволит продлить срок службы и сэкономить значительные средства.

Системы охлаждения с направленной циркуляцией масла в обмотках НДЦ и НЦ.

Естественное воздушное охлаждение

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется путем естественной конвекции воздуха и частично лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название «сухих» Условно принято обозначать естественное воздушное охлаждение при открытом исполнении С; при защищенном исполнении СЗ, при герметизированном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха СД.

Допустимое превышение температуры обмотки сухого трансформатора над температурой охлаждающей среды зависит от класса нагревостойкости изоляции и согласно ГОСТ 11677-85 должно быть не больше: 60°С (класс А); 75°С (класс Е); 80°С (класс В); 100°С (класс F); 125°С (класс Н).

Данная система охлаждения малоэффективна, поэтому применяется для трансформаторов мощностью до 1600 кВА при напряжении до 15 кВ.

Естественное масляное охлаждение

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВА включительно. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается окружающему маслу, которое, циркулируя по баку и радиаторным трубам, передает его окружающему воздуху. При номинальной нагрузке трансформатора температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95°С.

Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжается ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

Рис.1. Трансформатор трехфазный трехобмоточный ТДТН-16000-110-80У1 1 — бак, 2 — шкаф автоматического управления дутьем, 3 — термосифонный фильтр, 4 — ввод ВН, 5 — ввод НН, 6 — ввод СН, 7 — установка трансформаторов тока 110 кВ, 8 — установка трансформаторов тока 35 кВ, 9 — ввод 0 ВН, 10 — ввод 0 СН, 11 — расширитель, 12 — маслоуказатель стрелочный, 13 — клапан предохранительный, 14 — привод регулятора напряжения, 15 — электродвигатель системы охлаждения, 16 — радиатор, 17 — каретка с катками

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов. В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб помещаются вентиляторы (рис.1). Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов могут осуществляться автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% номинальной, а температура верхних слоев масла не более +55°С, также при минусовых температурах окружающего воздуха и при температуре масла не выше +45°С независимо от нагрузки. Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе с номинальной нагрузкой +95°С.

Форсированный обдув радиаторных труб улучшает условия охлаждения масла, а следовательно, обмоток и магнитопровода трансформатора, что позволяет изготовлять такие трансформаторы мощностью до 80000 кВА.

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ) применяется для трансформаторов мощностью 63000 кВА и более.

Охладители состоят из системы тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители (рис.2).

Рис.2. Принципиальная схема охладителя системы ДЦ: 1 — бак трансформатора; 2 — электронасос; 3 — адсорбный фильтр; 4 — охладитель; 5 — вентиляторы обдува

Благодаря большой скорости циркуляции масла, развитой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Переход к такой системе охлаждения позволяет значительно уменьшить габариты трансформаторов.

Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.

Рис.3. Автотрансформатор однофазный АОДЦТН-500/330: 1 — бак (нижняя часть); 2 — бак (съемная часть); 3 — скоба для подъема съемной части бака; 4 — стрелочный маслоуказатель; 5 — предохранительная труба; 6 — газовое реле; 7 — ввод 35 кВ; 8 — вводы НН; 9 — ввод ВН; 10 — установка трансформаторов тока ВН; 11 — выносные маслоохладители; 12 — ввод СН; 13 — ввод нейтрали; 14 поворотная каретка; 15 — регулятор напряжения

На рис.3 показан однофазный автотрансформатор с системой охлаждения ДЦ с выносными охладителями, связанными с баком маслопроводами. Бак колокольного типа с нижним разъемом.

Направленный поток масла (НДЦ)

В трансформаторах с направленным потоком масла (НДЦ) интенсивность охлаждения повышается, что позволяет увеличить допустимые температуры обмоток.

Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (Ц)

Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как система ДЦ, но в отличие от последнего охладители состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло.

Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать +70°С.

Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора, давление масла в маслоохладителях должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,02 МПа (2 Н/см2). Эта система охлаждения эффективна, но имеет более сложное конструктивное выполнение и применяется на мощных трансформаторах (160 MBА и более).

Масляно-водяное охлаждение с направленным потоком масла (НЦ)

Масляно-водяное охлаждение с направленным потоком масла (НЦ) применяется для трансформаторов мощностью 630 MBА и более.

На трансформаторах с системами охлаждения ДЦ и Ц устройства принудительной циркуляции масла должны автоматически включаться одновременно с включением трансформатора и работать непрерывно независимо от нагрузки трансформаторов. В то же время число включаемых в работу охладителей определяется нагрузкой трансформатора. Такие трансформаторы должны иметь сигнализацию о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды или об останове вентилятора.

Следует отметить, что в настоящее время ведутся разработки новых конструкций трансформаторов с обмотками, охлаждаемыми до очень низких температур. Металл при низких температурах обладает сверхпроводимостью, что позволяет резко уменьшить сечение обмоток. Трансформаторы с использованием принципа сверхпроводимости (криогенные трансформаторы) будут иметь малую транспортировочную массу при мощностях 1000 MBА и выше.

Каждый трансформатор имеет условное буквенное обозначение, которое содержит следующие данные в том порядке, как указано ниже:

число фаз (для однофазных — О; для трехфазных — Т);
вид охлаждения — в соответствии с пояснениями, приведенными выше;
число обмоток, работающих на различные сети (если оно больше двух), для трехобмоточного трансформатора Т; для трансформатора с расщепленными обмотками Р (после числа фаз);
буква Н в обозначении при выполнении одной из обмоток с устройством РПН;
буква А на первом месте для обозначения автотрансформатора.

За буквенным обозначением указывается номинальная мощность, кВА; класс напряжения обмотки (ВН); климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70.

Например, ТДТН-16000/110-У1 — трехфазный трансформатор с системой охлаждения Д, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, номинальной мощностью 16000 кВА, напряжением ВН 110 кВ; климатическое исполнение У (умеренный климат); категория размещения 1 (на открытом воздухе).

ВОЗДУШНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Естественное охлаждение трансформаторного оборудования воздухом производится путем его конвекции и неполной передачи тепловой энергии окружающей атмосфере. Подобные трансформаторы называются «сухими» и имеют несколько типов исполнения кожуха со своей маркировкой:

открытое (С),
защищенное (СЗ),
герметизированное (СГ).

Помимо естественного воздушного охлаждения возможна также принудительная система охлаждения сухих трансформаторов.

Данная технология работает посредством дутья воздуха вентиляторами и имеет обозначение СД. Такие аппараты устанавливаются в тех жилых и промышленных помещениях, где использование масляных образцов запрещено из-за горючести охладителя.

Класс термостойкости изоляции напрямую влияет на допустимую разницу между температурой обмотки трансформатора и температурой окружающего охладителя. Это значение установлено ГОСТом 11677-85 и соответствует следующей таблице:

Класс термостойкости	Превышение температуры
А	60оC
В	75оC
С	80оC
F	100оC
H	125оC

Осуществляемая воздухом система охлаждения силового трансформатора малоэффективна и применяется для трансформаторного оборудования малой и средней мощности – до 1600 кВ*А при номинальном напряжении до 15 кВ, а также при постоянной пониженной температуре или на временных площадках.

Однако для создания изоляции повышенной термостойкости все чаще стали применяться кремнийорганические (эпоксидные) компаунды. Эта технология позволяет выпускать сухие силовые трансформаторы с номинальной мощностью до 15МВ*А при том же напряжении.

При соответствующем обосновании такое оборудование может эксплуатироваться на электростанциях.

Особенности конструктивного устройства системы охлаждения масляного трансформаторов

Масло используется в трансформаторах не только в качестве охлаждающей среды, но и как жидкий диэлектрик. Обмотки выполняются таким образом, что в корпусе между ними сохраняются свободные полости, заполняемые диэлектрической жидкостью.

Тепло отводится через трубки с эллиптической формой сечения, расположенные с наружных сторон корпуса. Охладитель циркулирует по круговой схеме, из бака в трубки, через расширитель, и возвращаясь обратно.

Для трансформаторов класса от 5 МВА этого оказывается недостаточно, и возникает необходимость устройства радиаторов для дополнительного отвода тепла от магнитопровода и обмоток.

Силовой трансформатор: классификация, особенности, производители

Силовой трансформатор – специализированный электромагнитный статический преобразователь электрической энергии, который преобразует переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины посредством электромагнитных явлений, что обеспечивает гальваническую развязку между электрическими цепями различных сетей. Основными сферами, где используют электроустановки этого типа, являются:

Распределительные электросетевые компании;
Предприятия по генерации электроэнергии: АЭС, ТЭС, ГЭС, ТЭЦ;
Предприятия по добыче нефти, газа и других полезных ископаемых;
Объекты железнодорожной инфраструктуры;
Предприятия жилищно-коммунального хозяйства, социальной сферы, городской инфраструктуры;
Промышленные предприятия, фабрики, комбинаты и заводы.

Классификация

Все силовые трансформаторы подразделяют на большое количество различных типов и модификаций в зависимости от их конструктивных особенностей:

Количество обмоток: двухобмоточные, трехобмоточные, многообмоточные;
Количество фаз: однофазные и трехфазные;
Схема соединения обмоток: треугольник, звезда, зигзаг;
Группа соединения обмоток;
Основное назначение: повышающие и понижающие;
Тип основной изоляции обмоток: масляные и сухие;
Климатическое исполнение: для эксплуатации снаружи или внутри помещений;
Возможность регулирования выходного напряжения: нерегулируемые, регулируемые (РПН и ПБВ);
Материал для изготовления обмоток: медь или алюминий;
Конструкция магнитопровода: стержневой или броневой;
Тип системы охлаждения: естественное или принудительное;
Габаритные размеры.

Конструктивные особенности

Конструкция силовых трансформаторов включает большое количество различных элементов, которые подразделяют на две группы: основные и вспомогательные. К группе основных конструктивных элементов трансформатора относят:

Магнитопровод. Предназначен для прохождения магнитного потока, который возбуждается в обмотках. Его изготавливают из электротехнической шихтованной стали или аморфных материалов. Конструктивно состоит из стержней, на которые одевают обмотки и ярма, предназначенного для объединения всех элементов в одну систему;
Обмотки. Представляют собой совокупность витков проводника, которые образуют общую электрическую цепь. Обмотка предназначена для наведения ЭДС, которые суммируются и формируют электромагнитный поток. Обмотки силовых трансформаторов различают по материалу изготовления, взаимному расположению на стержне магнитопровода, способу и направлению намотки, числу витков, схеме соединения обмоток между собой, классом напряжения;
Корпус. Предназначен для крепления и размещения всех основных и вспомогательных конструктивных элементов. Корпус изготавливают из прочной стали с обязательной защитой от коррозии. В целях безопасности обслуживающего персонала корпус силового трансформатора подлежит заземлению;
Высоковольтные вводы. Представляют собой изоляционную конструкцию, которая обеспечивает подключение обмоток трансформатора к электрической сети, путем безопасного прохождения через заземленный металлический корпус. Конструкция и вид высоковольтного ввода зависит от класса напряжения сети, номинального тока, климатических условий эксплуатации трансформатора;
Расширитель. Специальный сосуд, который соединяют с баком масляного силового трансформатора с целью компенсации изменений объема трансформаторного масла при изменении его температуры. Второй важной функцией расширителя является сокращение площади контакта трансформаторного масла с воздухом, что обеспечивает защиту от окисления, увлажнения и преждевременного старения;
Изоляция. Обеспечивает изоляцию токоведущих частей от заземленных частей трансформатора, а также между разноименными обмотками. В зависимости от типа трансформатора изоляцией может выступать трансформаторное масло или твердый компаунд;
Устройство регулирования выходного напряжения. Предназначено для изменения величины выходного напряжения силового трансформатора. В зависимости от конструкции выполняется в двух разных вариантах: РПН (регулирование под напряжением) и ПБВ (переключение без возбуждения);
Система охлаждения. Обеспечивает продолжительную безаварийную работу силового трансформатора в заданном температурном режиме. Для маломощных трансформаторов выполняется в виде естественного охлаждения окружающим воздухом. У трансформаторов большой мощности осуществляется принудительно при помощи циркуляции воздуха, масла или воды.

Группа вспомогательных конструктивных компонентов силового трансформатора включает:

Газовое реле. Представляет собой устройство, которое чувствительно к концентрации газа, выделяемого при разложении трансформаторного масла внутри бака силового трансформатора. В зависимости от настроек, газовое реле подает предупреждающий сигнал или отключает питание силового трансформатора;
Индикаторы температуры. Специальные датчики, построенные на принципе термопары, которые постоянно измеряют температуру верхних слоев изоляции в силовом трансформаторе;
Поглотители влаги. Являются обязательным компонентом для силовых масляных трансформаторов. Они обеспечивают устранение влаги из воздуха, который поступает внутрь силового трансформатора и контактирует с трансформаторным маслом;
Индикатор уровня масла. Устройство, которое обеспечивает контроль за уровнем трансформаторного масла внутри бака. При критическом снижении уровня масла устройство подает предупредительный сигнал или отключает трансформатор от питающей сети;
Система регенерации масла (термосифонный фильтр). Представляет собой эффективный способ очистки трансформаторного масла без снятия нагрузки с электроустановки. В качестве фильтрующих материалов применяют крупнозернистый адсорбент (силикагель). Циркуляция масла через термосифонный фильтр осуществляется за счет разности температуры и соответственно плотности в нижней и верхней части трансформатора.

Маркировка

В соответствии с требованиями международных стандартов, маркировка силового трансформатора осуществляется следующим образом:

Буквенная часть обозначения типа:

Э – электропечной. Л – линейный. А – автотрансформатор. отсутствие обозначения – трансформатор.

Число фаз:

О – однофазный. Т – трехфазный.

Вид системы охлаждения:

Масляные трансформаторы: М, МВ, Д, МЦ, НМЦ, ДЦ, НДЦ, Ц, НЦ.
Сухие трансформаторы: С, СГ, СД, СЗ.

Производители

Наиболее известными производителями силовых трансформаторов на территории Российской Федерации и стран СНГ являются:

Кентауский трансформаторный завод, г. Кентау, Республика Казахстан;
Тольяттинский трансформатор г. Тольятти;
Самара Электрощит г. Самара;
Минский электротехнический завод г. Минск, Республика Беларусь;
ГК «СВЭЛ» г. Екатеринбург;
Уральский трансформаторный завод г. Уральск, Республика Казахстан.

Конструкция и принцип работы

Конструкция сухого трансформатора
Конструкция сухого агрегата практически не отличается от классического масляного трансформатора.

Среди элементов силовых трансформатором с воздушным охлаждением выделяют:

Магнитопровод – является элементом передачи магнитодвижущей силы между обмотками. Чаще всего изготавливается из шихтованной, ленточной или пластинчатой стали. По конструкции сердечники трансформаторов сухого типа могут быть стержневыми, кольцевидными или броневыми.

Рис. 2. Магнитопровод трансформатора

Обмотки – представляют собой элемент для протекания электрического тока и формирования электромагнитного взаимодействия, последующей генерации ЭДС и МДС. Для изготовления обмоток применяются медные или алюминиевые проводники, круглого или прямоугольного сечения. Как и в силовых масляных трансформаторах, обмотки высокого напряжения размещаются на обмотках низкого, а в маломощных могут разноситься по полюсам сердечника.

Рис. 3. Обмотки сухого трансформатора

Изоляция обмоток – применяется для электрического отделения токоведущих частей от заземленных, их защиты от воздействия окружающей среды. Литая изоляция производится электротехническим лаком, полиамидными и эпоксидными смолами, может покрываться полимерными составом, пропитанной тканью и прочими. В состав большинства материалов включаются антипирены – вещества, приводящие к самозатуханию при возгорании.
Соединительные стяжки, болты, рамы, распорки и другие вспомогательные детали, обеспечивающие надежное закрепление и фиксацию всех частей. В каждой конкретной модели могут применятся все или только некоторые из вышеперечисленных.
Защитный кожух или корпус – необходим для предотвращения приближения к токоведущим частям на недопустимое расстояние. Изготавливается специальный кожух из металла, а при работе заземляется.

Рис. 4. Сухой трансформатор в корпусе

Изоляторы – необходимы для вывода концов обмоток высокого и низкого напряжения через корпус.

Принцип действия заключается в подаче напряжения на первичную обмотку сухого трансформатора, после чего по ней начинает протекать электроток. От направленного движения заряженных частиц возникает электромагнитный поток, наводящий во вторичной обмотке ЭДС. Которая и обеспечивает разность потенциалов во вторичной обмотке и возможность для протекания тока при подключении номинальной нагрузки.

Всего существует три типа обмоток в сухих агрегатах – открытые, монолитные и литые. Из-за применения монолитных и литых обмоток трансформаторы этой серии значительно хуже отводят тепло, поэтому в них используются проводники большего сечения. А в ходе работы отвод тепловой энергии может потребовать принудительной подачи воздуха или большего пространства в корпусе, наличия дополнительных вентиляционных каналов для отвода воздушных масс.

Рис. 5. Система вентиляции трансформатора

Какому варианту отдать предпочтение?

На этот вопрос нет единого ответа, так как существует множество факторов, которые предопределяют решение. Как показывает практика, на современном рынке используются трансформаторы типа НДЦ и НМЦ, которые сопровождаются естественной циркуляцией масла и принудительной подачей воздуха. Подобные изделия обладают повышенной стойкостью к перепадам температуры, создает защитную пленку, которая продлевает жизнь оборудованию.

Вместе с этим, имеются более прогрессивные и безопасные технологии, которые помогают избежать форс-мажорных ситуаций. К примеру, пожаров на подстанциях, когда полностью выгорает все оборудование ОРУ. Необходимо двигаться вперед к технологическому прогрессу, но и не забывать о наработках прошлых лет. Ведь со старым оборудованием придется работать еще очень долго.

Источники

https://RadioLisky.ru/sovety-novichkam/tipy-ohlazhdeniya-transformatorov.html
https://kaksvet.ru/osnovy/sistemy-ohlazhdeniya-maslyanyh-transformatorov.html
https://CrystalSoap.ru/novosti/tipy-ohlazhdeniya-transformatorov.html
https://pairon.technology/a221745-vidy-ohlazhdeniya-silovyh.html
https://int43.ru/novosti/vidy-ohlazhdeniya-transformatorov.html
https://svet-komfort.ru/shkola-elektrika/tipy-ohlazhdeniya-transformatorov.html