Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Наиболее распространенными электрическими устройствами в промышленности и в быту являются трансформаторы. Их назначение – передача мощности внутри несогласованной электрической цепи между ее различными схемами. Применяются в тех случаях, когда требуется понизить или повысить напряжение между источником энергии и потребителем. Также трансформаторы включены в схемы блоков питания, преобразующих переменный ток в постоянный. В основе работы трансформаторов лежит их способность передавать электроэнергию между контурами посредством магнитной индукции.

Трансформатор силовой трехфазный с литой изоляцией ТСЛ (ТСГЛ) и ТСЗЛ (ТСЗГЛ)

Трансформатор силовой трехфазный ТС и ТСЗ

Трансформатор-стабилизатор высоковольтный дискретный ВДТ-СН

Силовые трансформаторы — электромагнитные устройства, предназначенные для преобразования напряжений переменного тока, сохраняя при этом его частоту, а также для преобразования самой системы электроснабжения.

Конструкция и устройство силовых трансформаторов

Основной частью каждого силового трансформатора является его сердечник с несколькими обмотками, изготовленный из ферромагнитного материала. Как правило, это тонкие листы специального трансформаторного железа, обладающего магнитомягкими свойствами. Листы укладываются таким образом, чтобы форма стержней под обмотками в сечении была приближенной к кругу. Для повышения КПД устройства и снижения потерь, целые листы перекрывают стыки между отдельно взятыми пластинами.

Трансформаторная обмотка выполняется, как правило, из медного провода с прямоугольным или круглым сечением. Каждый виток изолирован от самого магнитопровода, а также от соседних витков. Для циркуляции охладителя, между обмотками и отдельными ее слоями предусматриваются технические пустоты.

Каждый трансформатор имеет как минимум две обмотки: первичную (на нее подается электрический ток) и вторичную (ток снимается после преобразования его напряжения).

Крепление сердечника трансформатора

В маломощных силовых трансформаторах применяются два основных способа крепления собранного пакета сердечника.

Крепление с помощью шпилек

В этом случае пакет сердечника трансформатора сжимается с помощью шпилек и скоб из полосовой стали толщиной 1 – 2 мм (рисунок 5).

В броневых трансформаторах для крепления сердечника иногда применяется штампованная из листовой стали деталь, служащая одновременно кожухом трансформатора (рисунок 6).

Крепление запрессовкой сердечника в обойму

В этом случае собранный пакет сердечника трансформатора обжимается специальной обоймой.

Материалом для сердечника маломощного силового трансформатора служит специальная листовая электротехническая сталь марок Э41, Э11 и другие толщиной листа 0,50 и 0,35 мм. Основные технические данные листовой стали различных марок определяются ГОСТ 802-58¹.

Обозначения, например, указанных марок стали расшифровывается следующим образом: Э – электротехническая; первая цифра 4 – высоколегированная ( с содержанием кремния до 5 %): первая цифра 1 – слаболегированная (с содержанием кремния до 1 %); вторая цифра 1 – с нормальными удельными потерями.

Для изготовления сердечника из листовой стали штампуются пластины П-образной формы – однофазных стержневых трансформаторов и Ш-образной формы – для однофазных броневых и трехфазных стержневых трансформаторов. При отсутствии возможности штамповки фигурных пластин производится заготовка прямоугольных пластин резкой листов на ножницах. Как при штамповке, так и при резке заготовок из листов стали желательно делать пластины вдоль направления прокатки стали, так как магнитная проницаемость стали в этом направлении несколько больше.

В целях уменьшения потерь на вихревые токи в сердечнике трансформатора листы стали покрываются электроизоляционным покрытием.

Изготовление витых сердечников маломощных трансформаторов (рисунок 4) производится из холоднокатаной стали марок Э310 и Э320 на специальных намоточных станках.

Принцип работы

Принцип работы любого силового трансформатора заключается в явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку подается переменный ток, который образует в магнитопроводе переменный магнитный поток. Это происходит за счет его замыкания на магнитопроводе и образования сцепления между обмотками, индуцируя ЭДС. Нагрузка, подключенная ко вторичной обмотке, приводит к образованию в ней напряжения и тока.

Конструктивно, для получения любого напряжения на вторичной обмотке, используется необходимое соотношение витков между обмотками. Силовой трансформатор обладает свойством обратимости. Иными словами, он может быть использован и для повышения, и для понижения напряжения. В большинстве случаев силовой трансформатор применятся для решения определенных задач. Например, конкретно повышать или понижать напряжение. У повышающего трансформатора напряжение на первичной обмотке ниже, чем на вторичной.

Измерительные трансформаторы

В этом классе работают два вида устройств, обеспечивающих в целях измерения параметров сети преобразования:

1. тока
2. напряжения

Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики периодически подвергают поверке на правильность измерения как величин, так и углов отклонения векторов тока и напряжения.

Трансформаторы тока

Главная особенность их устройства заключается в том, что они постоянно эксплуатируются в режиме короткого замыкания. У них вторичная обмотка полностью закорочена на маленькое сопротивление, а остальная конструкция приспособлена для такой работы.

Чтобы исключить аварийный режим входная мощность ограничивается специальным устройством первичной обмотки: в ней создается всего один виток, который не может создать при протекании по нему тока большого падения напряжения на обмотке и, соответственно, передать в магнитопровод высокую мощность.

Этот виток врезается непосредственно в силовую цепь, обеспечивая его последовательное подключение. У отдельных конструкций просто создается сквозное отверстие в сердечнике, через которое пропускают провод с первичным током.

Нагрузку вторичных цепей трансформатора тока, находящегося под напряжением, нельзя разрывать. Все провода и соединительные клеммы по этой причине изготавливаются с повышенной механической прочностью. В противном случае на разорванных концах сразу возникает высоковольтное напряжение, способное повредить вторичные цепи.

Благодаря работе трансформаторов тока создается возможность обеспечения постоянного контроля и анализа нагрузок, протекающих в электрической системе. Особенно это актуально на высоковольтном оборудовании.

Измерительные трансформаторы тока 110 кВ

Номинальные значения вторичных токов измерительных трансформаторов энергетики принимают в 5 ампер для оборудования до 110 кВ включительно и 1 А — выше.

Широкое применение трансформаторы тока нашли в измерительных приборах. За счет использования конструкции раздвижного магнитопровода удается быстро выполнять различные замеры без разрыва электрической цепи, что необходимо делать при использовании обычных амперметров.

Токовые клещи с раздвижным магнитопроводом трансформатора тока позволяют обхватить любой проводник с напряжением и замерить величину и угол вектора тока.

Трансформаторы напряжения

Отличительная особенность этих конструкций заключается в том, что они работают в режиме, близком к состоянию холостого хода, когда величина их выходной нагрузки невысокая. Они подключается к той системе напряжений, величина которой будет измеряться.

Измерительный трансформатор напряжения 110 кВ

Измерительные трансформаторы напряжения обеспечивают гальваническую развязку оборудования первичных и вторичных цепей, работают в каждой фазе высоковольтного оборудования.

Из них создают целые комплексы систем измерения, позволяющие фильтровать и выделять различные составляющие векторов напряжения, учет которых необходим для точной работы защит, блокировок, систем сигнализации.

За счет работы трансформаторов тока и напряжения снимают вектора вторичных величин, пропорциональные первичным в реальном масштабе времени. Это позволяет не только создавать цепи измерения и защит по току и напряжению, но и за счет математических преобразований векторов анализировать состояние мощностей и сопротивлений в действующей электрической системе.

Классификация силовых трансформаторов

В зависимости от класса напряжения и полной потребляемой мощности, силовые трансформаторы условно делятся на следующие категории:

По мощности:

1. До 100 кВА, до 35кВ;
2. 100 – 1000 кВА, до 35кВ;
3. 1000 – 6300 кВА, до 35кВ;
4. Более 6300кВА, до 35кВ;
5. До 32 000 кВА, 35 – 110 кВ;
6. 32 000 – 80 000 кВА, до 330 кВ;
7. 80 000 – 200 000 кВА, до 330 кВ;
8. Более 200 000 кВА, более 330 кВ.

Классификация трансформаторов по конструктивным параметрам

Конструктивные параметры трансформаторы определяют особенности его сердечника и обмоток. Можно выделить несколько признаков, которые характеризуют различные конструктивные особенности.

1. Тип конструкции. Один из важнейших конструктивных признаков, определяющий тип конструкции трансформатора. Определяющим фактором здесь является тип сердечника, который можно определить, как:

— броневой сердечник, имеет три стержня, причём центральный стержень шире крайних и на нём располагаются обмотки трансформатора, а боковые служат только для протекания магнитного потока;

— стержневой сердечник, имеет два стержня одинаковой ширины и обмотки располагают на них равномерно;

— тороидальный сердечник, выполнен в виде тороида прямоугольного или (реже) круглого сечения и обмотки распределены равномерно по всему сердечнику.

В соответствии с типом сердечника трансформаторы также имеют следующие наименования: броневой, стержневой и тороидальный трансформаторы соответственно. Каждый тип имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при конструировании трансформатора.

Типы сердечников трансформаторов: броневой, стержневой и тороидальный.

2. Вид сердечника. Данный признак характеризует технологию изготовления сердечников трансформаторов. Можно выделить следующие категории:

— шихтованные сердечники или наборные. Шихтованием называется сборка сердечника трансформатора из штампованных пластин той или иной конфигурации. Конфигурация штампованных пластин соответственно бывает: Ш-образная, П-образная, Е-образная и О-образная. Однако вследствие не технологичности штамповки пластин для трансформаторов больших мощностей используют другой тип сердечника;

Шихтованные (штампованные) сердечники.

— ленточные сердечники. Сердечники такого типа формируются из гнутых отрезков ленты, либо навиваются на станках. В зависимости от принципа сборки трансформатора бывают замкнутые, разъёмные и разрезные. Конструктивно ленточные сердечники отличаются от шихтованных только наличием скруглённых углов;

— прессованные сердечники. В соответствии с названием, такие сердечники изготавливают прессованием из порошковых материалов, причем, как половинок сердечника, так и его цельный вариант. Необходимость в прессованных сердечниках возникла в связи с необходимостью использования ферритовых порошковых материалов в качестве магнитопроводов соответствующих конструкций. Так как прессование возможно задать практически любую форму, то и формы сердечников выпускаются очень многих конфигураций.

Прессованные ферритовые сердечники.

3. Способы охлаждения. Данные признаки определяют способ отвода тепла от работающего трансформатора:

— трансформаторы с естественным охлаждением;

— трансформаторы с принудительным обдувом потоком воздуха;

— трансформаторы с жидкостным охлаждением;

— трансформаторы с парожидкостным охлаждением;

4. Способы изоляции и защиты. Данные признаки определяют способы защиты трансформаторов от внешних воздействий и окружающих факторов:

— сухие открытые трансформаторы. Защищены от внешних воздействий только изоляцией обмоточных проводов, межслойной изоляцией и каркасом обмотки;

— закрытые герметизированные трансформаторы. Такие трансформаторы характеризуются повышенными эксплуатационными характеристиками, устойчивыми к тяжёлым условиям эксплуатации (грязь, пыль, механические воздействия и т.д.);

— трансформаторы тропикоустойчивого исполнения. Защита данного вида трансформатора характеризуется особой устойчивостью к тяжёлым условиям эксплуатации в районах с тропическим климатом.

Трансформатор тропикоустойчивого исполнения Т0,5-27.

Виды силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы можно разделить на несколько видов, основываясь на следующих характеристиках и показателях:

• Тип охлаждения. Различают сухие и масляные трансформаторы. Первый вариант имеет воздушное охлаждение, используется там, где повышены требования к экологии и пожаробезопасности. Второй вариант представляет собой корпус, заполненный маслом с диэлектрическими свойствами, в который погружен сердечник с обмотками;
• Климатическое исполнение: наружные и внутренние варианты;
• Количество фаз. Бывают трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные;
• Количество обмоток. Различают двухобмоточные и многообмоточные варианты;
• Назначение: повышающие и понижающие.

Дополнительным критерием служит наличие или отсутствие регулятора выходного напряжения.

Конструкция катушек маломощных трансформаторов

Катушки маломощных трансформаторов, имеющих обмотку из проводов малого диаметра, как правило, выполняются в виде каркаса, на который наматываются обмотки. Каркасы катушек делаются обычно из изолирующего материала или путем штамповки из пластмассы (рисунок 7), или клееные из электрокартона, текстолита, гетинакса и других материалов (рисунок 8).

Элементы силового трансформатора

Конструкция силового трансформатора подразумевает наличие следующих элементов:

• Силовые вводы – устройства, через которые подается нагрузка. Могут быть расположены внутри изделия или снаружи. Вводы изолированы различными специальными материалами, отличаются по типу изоляции и конструкции;
• Охладители. Для мощных силовых трансформаторов предусматривается масляная система охлаждения. Охлаждение самого же масла производится посредством радиаторов, гофрированного бака, принудительной вентиляции, масляно-водных охладителей или циркуляционными насосами;
• Регуляторы выходного напряжения – устройства, предназначенные для изменения коэффициента трансформации. Могут срабатывать как под действием определенной нагрузки, так и без нее (в зависимости от конструкции). По сути, регуляторы добавляют, либо уменьшают в обмотке количество ее витков.

Силовые трансформаторы могут быть оснащены дополнительным навесным оборудованием:

• Газовое реле – устройство с функцией защиты. Если трансформатор работает нестабильно, масло разлагается на составляющие с выделением газа. Газовое реле либо отключает трансформатор, либо оповещает предупреждающими сигналами;
• Индикаторы температуры – датчики, производящие замеры температуры масла;
• Влагопоглотители – устройства, поглощающие образуемый под защитной крышкой конденсат, тем самым предотвращая его попадание в масло;
• Система регенерации масла;
• Автоматическая система защиты от повышения давления охладителя;
• Индикатор уровня масла.

Технология проверки работы трансформаторов

Качество работы устройства проверяется с помощью мультиметра. Межвитковое замыкание – это распространенная неисправность. Нужно также следить за изменением внешних особенностей и запаха изделия. Изоляционным материалом на прогулке служит лаковое покрытие, после повреждения которого поднимается температура на проблемном участке из-за сохранения сопротивления. Исправные изделия не имеют почернений, потеков или вздутий.

Бумага не должна быть обугленная, запах гари отсутствует. Сопротивлению обмоток можно определить по справочнику, если тип устройства известен. Данные, полученные после замера с помощью мультиметра, сравниваются с информацией в справочнике. Катушки считаются неисправными, если отличие между показателями превышает 50%. Если неизвестно сопротивление обмоток, нужно при расчетах использовать количество витков, сечение и материал, из которого изготовлен провод.

Параметры силового трансформатора

• Номинальная мощность. Для трансформатора с двумя обмотками параметр равен мощности каждой из них. Для трехобмоточного варианта с разной мощностью обмоток параметр равен большему из показателей;
• Номинальное напряжение обмоток – характерный параметр для холостой работы;
• Номинальный ток – показатель, при котором разрешается длительная эксплуатация устройства;
• Напряжение короткого замыкания — характеристика полного сопротивления обмоток.
• Потери короткого замыкания;
• Ток холостого хода – потери материала магнитопровода (реактивные и активные);
• Потери тока холостого хода;
• Коэффициент трансформации.

Трансформаторы: их назначение и классификация

Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем с использованием магнитопровода. Напряжения первичной и вторичной обмоток, как правило, неодинаковы. Если первичное напряжение меньше вторичного, трансформатор называется повышающим, если больше вторичного — понижающим. Любой трансформатор может быть использован и как повышающий, и как понижающий. Повышающие трансформаторы применяют для передачи электроэнергии на большие расстояния, а понижающие — для ее распределения между потребителями. В зависимости от назначения различают силовые трансформаторы, измерительные трансформаторы напряжения и трансформаторы тока Силовые трансформаторы
преобразуют переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения для питания электроэнергией потребителей. В зависимости от назначения они могут быть повышающими или понижающими. В распределительных сетях применяют, как правило, трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в напряжение 0,4 кВ. (Основные типы трансформаторов ТМГ, ТМЗ, ТМФ, ТМБ, ТМЭ, ТМГСО, ТМ, ТМЖ, ТДТН, ТРДН, ТСЗ, ТСЗН, ТСЗГЛ и другие.)
Измерительные трансформаторы напряжения
– это промежуточные трансформаторы, через которые включаются измерительные приборы при высоких напряжениях. Благодаря этому измерительные приборы оказываются изолированными от сети, что делает возможным применение стандартных приборов (с переградуированием их шкалы) и тем самым расширяет пределы измеряемых напряжений. Трансформаторы напряжения используются как для измерения напряжения, мощности, энергии, так и для питания цепей автоматики, сигнализаций и релейной защиты линий электропередачи от замыкания на землю. В ряде случаев трансформаторы напряжения могут быть использованы как маломощные понижающие силовые трансформаторы или как повышающие испытательные трансформаторы (для испытания изоляции электрических аппаратов). На рынке России представлены следующие виды трансформаторов напряжения: 3НОЛ.06, ЗНОЛП, ЗНОЛПМ, ЗНОЛ.01ПМИ, 3хЗНОЛ.06, 3хЗНОЛП, 3хЗНОЛПМ, НОЛ.08, НОЛ.11-6.О5, НОЛ.12 ОМ3, ЗНОЛ.06-35 (ЗНОЛЭ-35), ЗНОЛ 35, НОЛ 35, НОЛ-35 III, НАМИТ-10 , ЗНИОЛ, ЗНИОЛ-10-1, ЗНИОЛ-10-П, ЗНИОЛ-20, ЗНИОЛ-20-П, ЗНИОЛ-35, ЗНИОЛ-35-П, ЗНИОЛ-35-1, НИОЛ -20, НИОЛ-35, НОЛ-СЭЩ -10, НОЛ-СЭЩ -10-1, НОЛ-СЭЩ-6, НОЛ-СЭЩ-6-1, НОЛ-СЭЩ-20, НОЛ-СЭЩ-35, 3хЗНОЛ-СЭЩ- 6, 3хЗНОЛ-СЭЩ -10, НАЛИ-СЭЩ-10, НАЛИ-СЭЩ-6, НТМИ 6, НТМИ 10, НАМИ 6, НАМИ 10, НАМИ 35, НАМИ 110, ЗНАМИТ-6, ЗНАМИТ-10, ЗНОМП 35, НОМ 6, НОМ 10, НОМ 35, НКФ 110, НКФ 150, НКФ 220 и другие. -у измерительных трансформаторов напряжения первичная обмотка 3000/√3, 6000/√3, 10000/√3, 13800/√3, 18000/√3, 24000/√3, 27000/√3, 35000/√3, 66000/√3, 110000/√3, 150000/√3, 220000/√3, 330000/√3, 400000/√3, 500000/√3, а вторичная 100/√3 или 110/√3.
Трансформатор тока
представляет собой вспомогательный аппарат, в котором вторичный ток практически пропорционален первичному току и предназначенный для включения измерительных приборов и реле в электрические цепи переменного тока. Поставляются с классом точности : 0,5; 0,5S; 0,2; 0,2S. Трансформаторы тока служат для преобразования тока любого значения и напряжения в ток, удобный для измерения стандартными приборами (5 А), питания токовых обмоток реле, отключающих устройств, а также для изолирования приборов и обслуживающего их персонала от высокого напряжения. ВАЖНО! Измерительные трансформаторы тока поставляются со следующими коэффициентами трансформации: 5/5, 10/5, 15/5, 20/5, 30/5, 40/5, 50/5, 75/5, 100/5, 150/5, 200/5, 300/5, 400/5, 500/5, 600/5, 800/5, 1000/5, 1500/5, 2000/5, 2500/5, 3000/5, 5000/5, 8000/5, 10000/5. На рынке России трансформаторы тока представлены следующими моделями: ТОП-0,66, ТШП-0,66, ТОП-0,66-I, ТШП-0,66-I, ТШЛ-0,66, ТНШЛ-0,66, ТНШ-0,66, ТОЛ-10, ТЛО-10, ТОЛ-10-I, ТОЛ-10-М, ТОЛ-10-8, ТОЛ-10-IM, ТОЛ-10 III, ТШЛ-10, ТЛШ-10, ТПЛ-10-М, ТПОЛ-10, ТПОЛ-10М, ТПОЛ-10 III, ТЛ-10, ТЛ-10-М, ТПЛК-10, ТОЛК-6, ТОЛК-6-1, ТОЛК-10, ТОЛК-10-2, ТОЛК-10-1, ТОЛ-20, ТШЛ-20-I, ТПЛ-20, ТПЛ-35, ТОЛ-35, ТОЛ-35-III-IV, ТОЛ-35 II-7.2, ТЛК-35, ТВ, ТЛК-10, ТПЛ-10С, ТЛМ-10, ТШЛП-10, ТПК-10, ТВЛМ-10, ТВК-10, ТВЛМ-6, ТЛК-20, ТЛК-35-1, ТЛК-35-2, ТЛК-35-3, ТОЛ-СЭЩ 10, ТОЛ-СЭЩ-20, ТОЛ-СЭЩ-35, ТШЛ-СЭЩ 0,66, трансформаторы Ritz, ТПЛ-СЭЩ 10, ТЗЛК(Р)-СЭЩ 0,66, ТВ-СЭЩ-10, ТВ-СЭЩ-20, ТВ-СЭЩ-35, ТШЛ-СЭЩ-10, ТШЛ-СЭЩ-20, ТЗЛВ-СЭЩ-10 и другие.
Классификация трансформаторов напряжения
Трансформаторы напряжения различаются: а) по числу фаз — однофазные и трехфазные; б) по числу обмоток — двух-обмоточные, трех-обмоточные, четырех-обмоточные. Пример 0,5/0,5S/10Р; в) по классу точности, т. е. по допускаемым значениям погрешностей; г) по способу охлаждения — трансформаторы с масляным охлаждением (масляные), с естественным воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией); д) по роду установки — для внутренней установки, для наружной установки и для комплектных распределительных устройств (КРУ). Для напряжений до 6-10 кВ трансформаторы напряжения изготовляют сухими, т. е. с естественным воздушным охлаждением. Для напряжений выше 6-10 кВ применяют масляные трансформаторы напряжения. Трансформаторы внутренней установки предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от -40 до + 45°С с относительной влажностью до 80 %. В
однофазных трансформаторах
напряжения на 6 к 10 кВ преимущественно применяется литая изоляция. Трансформаторы с литой изоляцией полностью или частично (одни обмотки) залиты изоляционной массой (эпоксидной смолой). Такие трансформаторы, предназначенные для внутренней установки, выгодно отличаются от масляных: имеют меньшие массу и габаритные размеры и почти не требуют ухода в эксплуатации.
Трехфазные двух-обмоточные трансформаторы
напряжения имеют обычные трех-стержневые магнитопроводы, а трех-обмоточные — однофазные броневые.
Трехфазный трех-обмоточный трансформатор
представляет собой группу из трех однофазных однополюсных единиц, обмотки которых соединены по соответствующей схеме. Трехфазные трех-обмоточные трансформаторы напряжения старой серии (до 1968—1969 г.) имели бронестержневые магнитопроводы. Трехфазный трансформатор меньше по массе и габаритам, чем группа из трех однофазных трансформаторов. При работе трехфазного трансформатора для резерва нужно иметь другой трансформатор на полную мощность В масляных трансформаторах основной изолирующей и охлаждающей средой является трансформаторное масло.
Масляный трансформатор
состоит из магнитопровода, обмоток, бака, крышки с вводами. Магнитопровод собирают из изолированных друг от друга (для уменьшения потерь на вихревые токи) листов холоднокатаной электротехнической стали. Обмотки изготовляют из медного или алюминиевого провода. Для регулирования напряжения обмотка ВН имеет ответвления, соединяющиеся с переключателем. В трансформаторах предусмотрено два вида переключении ответвлений: под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой) и без нагрузки, после отключения трансформатора от сети — ПБВ (переключение без возбуждения). Наиболее распространен второй способ регулирования напряжения как наиболее простой. Кроме указанных трансформаторов с масляным охлаждением (Трансформатор ТМ) выпускаются трансформаторы в герметичном исполнении (ТМГ), в которых масло не сообщается с воздухом и, следовательно, исключается его ускоренное окисление и увлажнение. Масляные трансформаторы в герметичном исполнении полностью заполнены трансформаторным маслом и не имеют расширителя, а температурные изменения его объема при нагревании и охлаждении компенсируются изменением объема гофров стенок бака. Эти трансформаторы заполняются маслом под вакуумом, вследствие чего повышается электрическая прочность их изоляции.
Сухой трансформатор
, так же как и масляный, состоит из магнитопровода, обмоток ВН и НН, заключенных в защитный кожух. Основной изолирующей и охлаждающей средой является атмосферный воздух. Однако воздух является менее совершенной изолирующей и охлаждающей средой, чем трансформаторное масло. Поэтому в сухих трансформаторах все изоляционные промежутки и вентиляционные каналы делают большими, чем в масляных. Сухие трансформаторы изготовляют с обмотками со стеклоизоляцией класса нагревостойкости В (ТСЗ), а также с изоляцией на кремнийорганических лаках класса Н (ТСЗК). Для уменьшения гигроскопичности обмотки пропитывают специальными лаками. Применение в качестве изоляции обмоток стекловолокна или асбеста позволяет значительно повысить рабочую температуру обмоток и получить практически пожаробезопасную установку. Это свойство сухих трансформаторов дает возможность применять их для установки внутри сухих помещений в тех случаях, когда обеспечение пожарной безопасности установки является решающим фактором. Иногда сухие трансформаторы заменяют более дорогими и сложными в изготовлении совтоловыми. Сухие трансформаторы имеют несколько большие габаритные размеры и массу (трансформатор ТСЗ) и меньшую перегрузочную способность, чем масляные, и используются для работы в закрытых помещениях с относительной влажностью не более 80%. К преимуществам сухих трансформаторов относят их пожаробезопасность (отсутствие масла), сравнительную простоту конструкции и относительно малые затраты на эксплуатацию.
Классификация трансформаторов тока
Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам: 1. По назначению трансформаторы тока можно разделить на измерительные (ТОЛ-СЭЩ-10, ТЛМ-10), защитные, промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.) и лабораторные (высокой точности, а так же со многими коэффициентами трансформации). 2. По роду установки различают трансформаторы тока: а) для наружной установки, устанавливаются в открытых распределительных устройствах (ТЛК-35-2.1 УХЛ1); б) для внутренней установки; в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.; г) накладные — одевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора); д) переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний). 3. По конструкции первичной обмотки трансформаторы тока делятся: а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой); б) одновитковые (стержневые); в) шинные (ТШ-0,66). 4. По способу установки трансформаторы тока для внутренней и наружной установки разделяются: а) проходные (ТПК-10, ТПЛ-СЭЩ-10); б) опорные (ТЛК-10, ТЛМ-10). 5. По выполнению изоляции трансформаторы тока можно разбить на группы: а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.); б) с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией; в) с заливкой компаундом. 6. По числу ступеней трансформации имеются трансформаторы тока: а) одноступенчатые; б) двухступенчатые (каскадные). 7. По рабочему напряжению различают трансформаторы: а) на номинальное напряжение выше 1000 В; б) на номинальное напряжение до 1000 В. Сочетание различных классификационных признаков вводится в обозначение типа трансформаторов тока, состоящее из буквенной и цифровой частей. Трансформаторы тока характеризуются номинальным током, напряжением, классом точности и конструктивным исполнением. На напряжении 6—10 кВ их изготовляют опорными и проходными с одной и двумя вторичными обмотками классов точности 0,2; 0,5; 1 и 3. Класс точности указывает предельную погрешность, вносимую трансформатором тока в результаты измерений. Трансформаторы классов точности 0,2, имеющие минимальную погрешность, используют для лабораторных измерений, 0,5 — для питания счетчиков, 1 и 3 — для питания токовых обмоток реле и приборов технических измерений. Для безопасной эксплуатации вторичные обмотки должны быть заземлены и не должны быть разомкнуты. При монтаже распределительных устройств напряжением 6—10 кВ применяют трансформаторы тока с литой и фарфоровой изоляцией, а при напряжении до 1000 В — с литой, хлопчатобумажной и фарфоровой. Примером может служить ТОЛ-СЭЩ-10 опорный 2-х обмоточный трансформатор тока с литой изоляцией на номинальное напряжение 10 кВ конструктивного варианта исполнения 11, c вторичными обмотками: — для подключения цепей измерения, с классом точности 0,5 и нагрузкой 10 ВА; — для подключения цепей защиты, с классом точности 10Р и нагрузкой 15 ВА; на номинальный первичный ток 150 Ампер, номинальный вторичный ток 5 Ампер, климатического исполнения «У» категории размещения 2 по ГОСТ 15150-69 при размещении заказа на производство у ЗАО «ВолгаЭнергоКомплект: ТОЛ-СЭЩ-10-11-0,5/10Р-10/15-150/5 У2 — с номинальным первичным током — 150А, вторичным — 5А.
Принцип действия и устройство трансформатора

Как выбрать силовой трансформатор

Выбор силового трансформатора для эксплуатации на предприятиях основан на подборе мощности, а также в соответствии с требованиями к надежности питания. Чтобы обеспечить бесперебойное питание, в некоторых случаях требуется установка нескольких трансформаторов. Мощность каждого устройства подбирается таким образом, чтобы при выходе его из строя, другие устройства были способны взять на себя функции этого недостающего звена, с учетом возможных перегрузок.

Еще один важный критерий – наличие защиты:

• От внутренних повреждений. Обеспечивается устройствами, контролирующими наличие газов, температуру, давление и уровень масляного охладителя;
• От перегрузок. Используется так называемая дифференциальная защита, когда на каждой фазе установлены трансформаторы тока.

Сфера применения

Такие устройства часто устанавливаются на узлах радиоэлектронного оборудования и выполняют разные функции. За последние годы несколько новых предприятий освоили технологию их изготовления. Повысилась приспособляемость устройства к работе с разными потребителями, поскольку возникла возможность производства по заданным техническим требованиям заказчика. Ранее ничего подобного не происходило.

Проектировщики оборудования пользовались стандартными схемами и комплектующими из справочников. Выбор изделий был большой, но полный перечень потребностей не охватывал. Поэтому многие разработчики устанавливали агрегаты с избыточным запасом мощности. Сегодня многие предприятия производят комплектующие с характеристиками, подходящими заказчику.

Ремонт и техническое обслуживание

Надежность силовых трансформаторов напрямую зависит от качества и своевременности их обслуживания. Устройства, установленные в помещениях, где работает персонал предприятия, подвергаются ежедневному осмотру с контролем показателей уровня масла, состояния поглотителя и устройств регенерации. Кроме того, проверяется целостность корпуса и основных элементов. Трансформаторы в помещениях без персонала осматриваются раз в месяц, а трансформаторные пункты – дважды в год.

Внеплановый осмотр силового трансформатора и его систем защиты проводится при резком изменении температуры окружающего воздуха, а также при аварийных режимах. Периодическому обслуживанию подвергаются и устройства регулировки напряжения. Причина – окисление контактных групп, что приводит к возрастанию их переходного сопротивления. Перед сезонными изменениями нагрузки (обычно дважды в год) устройство отключается от потребителей и питания, после чего регулятор напряжения переводится последовательно во все возможные положения. Процедура способствует разрушению пленки окислов.

Лабораторный анализ масла производится каждый год при капитальном ремонте. Если масло не удовлетворяет требованиям при визуальном осмотре (цвет) или по данным обследования, производится его замена или доливка.

Этапы монтажа

Сборка и установка трансформаторного узла – трудоемкий, длительный и кропотливый процесс, в котором задействуются квалифицированные кадры и спецтехника. Рассмотрим 5 этапов работ по обустройству и монтажу на примере масляного силового трансформатора.

Подготовительный этап

1. В первую очередь обустраивают фундамент – он служит своеобразной подставкой, защищая устройство от подтопления. Под фундаментом должна быть предусмотрена маслосборная емкость – в случае аварий и повреждений кожуха масло вытечет в емкость и не сможет воспламениться.
2. Подготавливают смотровую площадку – здесь силовой трансформатор будет осмотрен, прогрет и собран непосредственно перед установкой.
3. Проверяют готовность и работоспособность подъемного оборудования – крана-манипулятора, лебедок и пр. При необходимости расчищают подъездные пути к локации.
4. Готовят охлаждающую жидкость, резервуары под ее хранение и под тестовые испытания масла. На этом этапе проверяют основные параметры масляной жидкости – они должны соответствовать нормам, указанным в техдокументации к силовому трансформатору.

Этап транспортировки

Способ перевозки устройства будет зависеть от его габаритов. Крупногабаритные силовые трансформаторы, которые весят более 90 тонн, перевозят в частично разобранном виде – для удобства разрешается демонтировать расширители, вводы, выхлопные трубы и фильтры.

Если установка весит менее 90 тонн и не создает неудобств при погрузке, разрешается транспортировать ее в собранном виде при частично заполненном маслом баке.

Компактные силовые трансформаторы транспортируют в готовом виде и с полным объемом охлаждающей жидкости. Сразу после доставки на объект их можно подключать к питанию и проводить пусконаладочные работы, минуя этап кропотливой сборки.

Чаще всего для перевозки распределительных агрегатов выбирают автомобильный транспорт как самый удобный и недорогой. На дальние расстояния трансформаторы целесообразно перевозить по железной дороге или морскими видами транспорта.

Устройства, поддерживающие показатели напряжения свыше 35 кВ, разрешается устанавливать открытым способом. Для энергообеспечения жилых кварталов чаще всего используются закрытые типы монтажа, когда трансформатор помещают в бетонное строение, отдельное помещение или металлический киоск.

В подготовленную камеру устройство устанавливают при помощи лебедок, полиспастов или подъемных кранов. Для погрузки и разгрузки используют крюки, приваренные к стенкам бака. Если конструкцией не предусмотрено наличие катков, агрегат помещают прямо на обустроенный фундамент, подключая корпус к сети заземления.

Предмонтажная ревизия

Непосредственно перед монтажом все узлы и детали силового трансформатора подлежат обязательному осмотру. Монтажники проверяют:

• герметичность масляных баков;
• отсутствие повреждений на корпусе и отдельных элементах;
• наличие пломб на люках и кранах;
• качество охлаждающей жидкости;
• функционал приводов, переключателей и контакторов;
• работу встроенных трансформаторов тока;
• состояние расширителя, выхлопной трубы и термосифонного фильтра;
• вводы напряжения;
• работоспособность защитной и сигнальной систем.

Также необходимо позаботиться о средствах обеспечения пожарной безопасности – их достаточном количестве и соответствии сроков годности.

Монтаж оборудования

Проще всего монтируются силовые трансформаторы компактных габаритов, поскольку не нуждаются во вторичной сборке после транспортировки. Установки большой мощности собираются уже на объекте в определенной последовательности. Поэтапно к корпусу крепятся:

• радиаторы;
• расширитель с газовым и масляным реле;
• фильтры;
• вводы;
• вспомогательные измерительные трансформаторы;
• устройства контроля.

После проверки параметров изоляции и герметичности уплотнений приступают к заполнению бака трансформаторным маслом. Без масла силовой трансформатор не может находиться долгое время – максимум через 3 месяца после доставки устройства на объект резервуар должен быть заполнен. Масляному охладителю дают 12 часов отстояться, после чего проверяют уровень жидкости и при необходимости доливают.

На завершающем этапе монтажа мастера подключают к электрооборудованию провода, шины и выполняют заземление.

Пусконаладочные работы

По окончании сборки подстанции команда электромонтажников проводит контрольные испытания силового трансформатора, а комиссия по приемке выдает разрешение на введение объекта в эксплуатацию.

Во время первого пуска установке дают поработать 30 минут, после чего оценивают уровень нагрева отдельных элементов, наличие посторонних шумов, трещин на корпусе, сколов на изоляторах и другие отклонения в работе. Если изъянов не обнаружено, проводят еще 3-4 тестовых запуска, а затем переводят трансформатор в штатный режим работы.