Способы охлаждения
Конструкция бака масляного трансформатора зависит от его мощности.
Трансформаторы мощностью до Sн = 20 кВ×А имеют гладкие баки. Внутри бака возникает естественная конвекция масла: масло возле обмоток и магнитопровода нагревается и поднимается вверх, а у стенок бака охлаждается и опускается вниз. Стенка бака отдает тепло в окружающую среду путем лучеиспускания и конвекции воздуха. Наибольшая допустимая температура масла в верхних слоях 95°С.
При Sн > 20 кВ×А поверхность гладкого бака недостаточна для отвода тепла с необходимой интенсивностью. Поэтому у трансформаторов мощностью Sн = 20 – 1800 кВ×А к баку привариваются трубы (рисунок 1), по которым вследствие естественной конвекции сверху вниз циркулирует масло. Вместо трубчатых баков в некоторых странах применяются волнистые баки, однако они менее прочны и более трудоемки в изготовлении.
Рисунок 1. Трансформатор с трубчатым баком
1 – обмотка ВН; 2 – обмотка НН; 3 – переключатель регулировочных отводов обмотки ВН; 4 – балка, прессующая ярмо; 5 – шихтованный магнитопровод; 6 – отводы ВН; 7 – отводы НН; 8 – патрубок для присоединения вакуумного насоса; 9 – кольцо для подъема выемной части; 10 – кран для заливки масла; 11 – ввод (изолятор) ВН; 12 – ввод (изолятор) НН; 13 – привод переключателя; 14 – выхлопная труба; 15 – газовое реле; 16 – расширитель; 17 – трубчатый бак; 18 – кран для спуска масла; 19 – транспортный ролик; 20 – вертикальная шпилька для стягивания прессующих балок ярем; 21 – упорный угольник на дне бака
В трансформаторах мощностью выше 1800 кВ×А используются гладкие баки с подвешенными к ним трубчатыми охладителями (рисунок 2), которые сообщаются с внутренней полостью бака в его верхней и нижней частях. Циркуляция масла в охладителе также совершается в результате естественной конвекции. При Sн = 10 – 60 МВ×А для более интенсивного отвода тепла от охладителей применяется их обдувание с помощью вентиляторов. При этом теплоотдача увеличивается на 50 – 60%.
Рисунок 2. Трубчатый охладитель с вентилятором
Еще более интенсивным является водяное охлаждение. При этом масло откачивается из верхней части бака насосом, проходит через водяные охладители (теплообменники) и поступает в нижнюю часть бака. Иногда водяные охладители помещают внутри бака трансформатора. Водяное охлаждение применяется для самых мощных трансформаторов.
Элементы конструкции
 |
Рисунок 3. Маслонаполненный ввод трансформатора для напряжения 110 кВ
1 – алюминиевый экран; 2 – чугунный стакан; 3 – медная токоведущая трубка; 4 – опорный изоляционный бумажно-бакелитовый цилиндр; 5 – гетинаксовая шайба; 6 – нижняя фарфоровая покрышка; 7 – уплотняющая шайба; 8 – соединительная чугунная трубка; 9 – устройство для взятия пробы масла; 10 – зажим с изолятором для измерения тангенса угла потерь изоляции ввода; 11 – изоляционный сердечник из пропитанной маслом бумаги; 12 – верхняя фарфоровая покрышка; 13 – поддон; 14 – пружина; 15 – поплавок; 16 – маслорасширитель с масляным затвором; 17 – стеклянный маслоуказатель; 18 – уплотняющая втулка; 19 – латунный наконечник для кабеля; 20 – контактный зажим; 21 – рым для подъема ввода (4 штуки)
На крышке трансформатора устанавливаются вводы (рисунки 1 и 3). Проходящие через ввод токоведущий медный стержень или медная труба служат для соединения трансформатора с внешней сетью.
Трансформаторы мощностью более 75 кВ×А снабжаются расширителями (рисунки 1 и 4). Расширитель представляет собой цилиндрический стальной сосуд и соединяется при помощи патрубка с баком. Открытая поверхность масла при колебаниях температуры окружающей среды и нагрузки трансформатора всегда должна оставаться в пределах расширителя. Тем самым открытая поверхность масла уменьшается, что ограничивает его окисление. Для предотвращения повреждения бака в случае бурного разложения масла и выделения газа в результате аварии на крышке трансформатора устанавливается также выхлопная труба (рисунки 1 и 4). Труба закрыта стеклянной мембраной, которая при повышении давления внутри бака лопается.
Между расширителями и баком трансформатора мощностью более 560 кВ×А устанавливается газовое реле (рисунок 4). Если в результате каких-либо местных нагревов (замыкание листов магнитопровода, плохие контакты и так далее) начинается разложение изоляции и масла, то газы начнут накапливаться внутри газового реле, под его крышкой, выжимая из него масло. При этом опрокидывается поплавок газового реле и замыкаются сигнальные контакты. При бурном выделении газов замыкается вторая пара контактов газового реле, в результате чего замыкается цепь на отключение трансформатора от сети.
Рисунок 4. Расширитель и выхлопная труба
1 – указатель уровня масла; 2 – труба для свободного обмена воздухом; 3 – пробка для заливки масла; 4 – грязеотстойник; 5 – газовое реле; 6 – кран для отсоединения расширителя
В процессе работы трансформатора происходит окисление, увлажнение и загрязнение масла, что сопровождается ухудшением его изоляционных свойств. Поэтому производится регулярный отбор проб масла, а также периодическая его сушка, очистка, восстановление или замена новым. В необходимых случаях производится также вакуумная сушка магнитопровода и обмоток трансформатора. Для этих целей предусматриваются краны и другая арматура.
Трансформаторы мощностью до 1800 кВ×А перевозятся в собранном виде на нормальных железнодорожных платформах. С трансформаторов мощностью более 1800 кВ×А и до 5600 кВ×А по условиям железнодорожных габаритов приходится снимать радиаторы, расширитель, выхлопную трубу и вводы на напряжение 110 кВ и выше.
Трансформаторы мощностью более 5600 кВ×А, массой более 50 – 60 тонн необходимо перевозить на специальных железнодорожных транспортерах, имеющих низкую нагрузочную платформу. При этом у трансформаторов больших мощностей приходится не только снимать выступающие части, но применять разъёмный бак с временной транспортной крышкой небольшой высоты или даже транспортный бак с предельно уменьшенными размерами во всех трех направлениях.
Трансформаторы мощностью 200 – 300 МВ×А имеют массу около 1 кг на 1 кВ×А мощности.
Источник: Вольдек А. И., "Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений" – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.