Предисловие (стр. 6 )

3. значения потерь и напряжения короткого замыкания указаны на основном ответвлении.

Для двухобмоточных трансформаторов установлено ик = 10,5 % (125 МВ·А – 11,0 %). Для трехобмоточных ВН – СН 10,5 % (80 МВ·А – 11,0 %); ВН – НН: для 6,3 МВ·А – 17, для 10 – 40 МВ·А – 17,5, для 63 МВ·А – 18,0 и для 80 МВ·А – 18,5 %; СН – НН: для 6,3 МВ·А – 6,0, для 10 – 40 МВ·А – 5,5 и для 63 – 80 МВ·А – 7 %.

Государственные стандарты систематически пересматриваются и совершенствуются. Нормальным сроком для очередного пересмотра стандарта считается 5 лет.

Таблица 1.11. Параметры холостого хода и короткого замыкания трехфазных масляных силовых трансформаторов с напряжением ВН 110 кВ, отвечающих требованиям ГОСТ

Номинальная мощность, МБ - А	Дву хобмоточные	Трехобмоточные	Ток холостого хода, %
Потери, кВт	Ток холостого хода, %	Потери, кВт
холостого хода	короткого замыкания	холостого хода	короткого замыкания

Понижающие трансформаторы

2,5	5,5	22	1,50	-	-	-
6,3	10,0	44	1,00	12,5	52	1,10
10,0	14,0	58	0,90	17,0	76	1,00
16,0	18,0	85	0,70	21,0	100	0,80
25,0	25,0	120	0,65	28,5	140	0,70
40,0	34,0	170	0,55	39,0	200	0,60
63,0	50,0	245	0,50	53,0	290	0,55
80,0	58,0	310	0,45	64,0	365	0,50
125,0	105,0	400	0,55

Повышающие трансформаторы

80,0	85,0	310	0,60
125,0	120,0	400	0,55
200,0	170,0	550	0,50
250,0	200,0	640	0,50
400,0	320,0	900	0,45

Примечания:

1.  Все понижающие трансформаторы с РПН.

2.  Повышающие трансформаторы 80 МВ•А - с ПБВ±2Х2,5 %; МВ•А без регулировочных ответвлений.

3.  Значения потерь короткого замыкания указаны для средней ступени напряжения.

Глава вторая

КОНСТРУКЦИИ ОСНОВНЫХ ЧАСТЕЙ ТРАНСФОРМАТОРА

2.1. ОБЩАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА

В соответствии с ГОСТ трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии, называется силовым. Если силовой трансформатор предназначен для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или для питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы, то он называется силовым трансформатором общего назначения. Силовые трансформаторы, предназначенные для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии, если эта сеть или приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы, называются трансформаторами специального назначения. К числу таких сетей я приемников относятся подземные шахтные сети и установки, выпрямительные установки, электрические дуговые печи и т. п.

В конструктивном отношении современный силовой масляный трансформатор можно схематически представить состоящим из трех основных систем - магнитной, системы обмоток с их изоляцией и системы охлаждения и вспомогательных систем - устройства регулирования напряжения, измерительных и защитных устройств, арматуры и др. В трансформаторах с воздушным охлаждением, как правило, отсутствуют измерительные и защитные устройства и арматура, а система охлаждения не выделяется в виде отдельных конструктивных единиц.

Конструктивной и механической основой трансформатора является его магнитная система (магнитопровод), которая служит для локализации в ней основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система представляет собой комплект пластин или других элементов из электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранных в определенной геометрической форме.

Большинство типов магнитных систем можно четко подразделить на отдельные части. В соответствии с этим делением в магнитной системе различают стержни - те ее части, на которых располагаются основные обмотки трансформатора, служащие непосредственно для преобразования электрической энергии, и ярма - части, не несущие основных обмоток и служащие для замыкания магнитной цепи, а в некоторых типах трансформаторов также для расположения обмоток, имеющих вспомогательное назначение.

Некоторые магнитные системы, например системы тороидальной формы, намотанные в виде кольца из ленты

Рис. 2.1. Плоская шихтованная магнитная система трехфазного трансформатора с обмотками: 1 - ярмо; 2 - стержень; 3 - сечение стержня; 4 - угол магнитной системы

или собранные из плоских круговых колец, отштампованных из тонколистовой стали, не подразделяются на стержни и ярма.

В магнитных системах, разделяющихся на стержни и ярма, при расчете параметров холостого хода трансформатора особо выделяются части, находящиеся в зоне сопряжения стержня и ярма и называемые углами магнитной системы. Понятие «угол» определяется как часть ярма магнитной системы, ограниченная объемом, образованным пересечением боковых поверхностей или их продолжений одного из ярм и одного из стержней. Магнитная система, изображенная на рис. 2.1, имеет шесть углов.

Практикой трансформаторостроения в течение десятилетий были выработаны различные схемы взаимного расположения отдельных частей магнитной системы. По этому признаку все магнитные системы разделяются на плоские - такие, в которых продольные оси всех стержней и ярм располагаются в одной плоскости (рис. 2.1), и пространственные, в которых оси стержней и ярм располагаются не в одной плоскости (см. рис. 2.6).

По взаимному расположению стержней и ярм плоские и пространственные магнитные системы могут также подразделяться на стержневые, броневые и бронестержневые. В течение ряда лет магнитные системы силовых трансформаторов выполнялись и в значительной части выполняются в настоящее время в виде плоских магнитных систем по типу рис. 2.1 путем сборки из плоских пластин электротехнической стали. В изображенной на рис. 2.1 магнитной системе трехфазного силового трансформатора ярма соединяют разные стержни, и каждое ярмо располагается со стороны торцов стержней. Такая магнитная система с торцовыми ярмами называется стержневой.

На рис. 2.2, а и б изображены магнитные системы, у которых каждый стержень имеет боковые ярма, соединяющие два разных конца этого стержня. У трансформаторов с такими магнитными системами боковые поверхности обмоток как бы закрыты броней, отчего магнитные системы этого типа при наличии не менее двух боковых ярм на каждом стержне получили название броневых.

На рис. 2.2, в показан промежуточный бронестержневой тип магнитной системы, у которой не все стержни имеют боковые ярма или каждый стержень имеет не более чем одно боковое ярмо.

Наибольшее распространение в практике трансформаторостроения получили плоские магнитные системы стержневого типа со ступенчатой формой поперечного сечения стержня, вписанной в окружность, и с обмотками в виде круговых цилиндров. Плоские бронестержневые системы и броневые системы по рис. 2.2, б, аналогичные по форме обмоток и сечения стержня системам стержневым, требуют несколько большего расхода электротехнической стали и применяются в некоторых типах трансформаторов большой мощности (более 100000 кВ•А) с целью уменьшения высоты трансформатора, а также в трансформаторах малой мощности (1-3 кВ•А).

Рис. 2.2. Броневые (а, 6) и бронестержневая (в) магнитные системы трехфазного (а) и однофазных трансформаторов (б, в):

/ — стержень, 2 — ярмо, 3 — обмотка

В последние годы в силовых трансформаторах мощностью до 6300 кВ•А находят все более широкое применение пространственные магнитные системы по рис. 2.6, а и б и других типов. Броневые магнитные системы по рис. 2.2, а при горизонтальном расположении стержней и ярм с обмотками прямоугольной формы применяются некоторыми иностранными фирмами для трансформаторов, предназначенных для питания электрических печей.

Магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковые форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней, называется симметричной (рис. 2.2,6, в и 2.6). При отсутствии одного из этих признаков магнитная система называется несимметричной. Так трехфазная магнитная система, изображенная на рис. 2.1, несимметрична потому, что взаимное расположение ее среднего и крайних стержней по отношению к ярмам различно.

По способу сборки различают: шихтованные магнитные системы, ярма и стержни которых собираются впереплет из плоских пластин как единая цельная конструкция, навитые магнитные системы, все части которых изготовляются путем навивки из ленточной электротехнической стали, а затем скрепляются в единую конструкцию, и стыковые магнитные системы, ярма и стержни или отдельные части которых, собранные и скрепленные раздельно, при сборке системы устанавливаются встык и скрепляются специальными стяжными конструкциями или другими способами. В стыковых магнитных системах могут сочетаться части, собранные только из плоских пластин или из плоских пластин с навитыми частями.

Часто применяемый порядок сборки шихтованной стержневой магнитной системы показан на рис. 2.3, а. Сборка ведется на горизонтальном стенде путем чередования слоя пластин (обычно толщиной в две пластины, редко в три-четыре), разложенных по положению 1, со слоем пластин, разложенных по положению 2. В результате сборки после стяжки ярм прессующими балками и стержней бандажами получается остов трансформатора, не требующий каких-либо добавочных креплений.

На рис. 2.3, а показана сборка магнитной системы из пластин прямоугольной формы, образующих в углах системы так называемый прямой стык.

РисСборка трехфазных магнитных систем:

а — шихтованной из пластин прямоугольной формы; б — разрезной стыковой, навитой из лент, в — стыковой, собираемой из пластин прямоугольной формы

Рис. 2.4. Сборка магнитной системы трехфазного трансформатора мощностью 10000 кВ•А класса

напряжения 110 кВ на специальном стенде

Если концы пластин срезать под углом 45°, то они будут образовывать в углах косой стык. На рис. 2.4 изображена магнитная система трансформатора мощностью 10000 кВ•А класса напряжения 110 кВ в процессе сборки на специальном стенде. Для насадки обмоток на стержни верхнее ярмо шихтованной магнитной системы разбирается по отдельным пластинам, а после насадки обмоток снова собирается. Магнитные системы трансформаторов мощностью до 630 кВ•А включительно, не требующие стяжки стержней бандажами, могут собираться с укладкой пластин стержней внутрь обмоток, уложенных на специальном стенде. После завершения шихтовки и стяжки ярм балками обмотки оказываются размещенными на остове трансформатора.

На рис. 2.3, б показана навитая из ленты холоднокатаной стали разрезная стыковая магнитная система, а на рис. 2.3, в — стыковая система, состоящая из стержней и ярм, раздельно собираемых из плоских пластин.

Развитие производства холоднокатаной рулонной стали позволило найти новый способ изготовления магнитной системы, когда отдельные части системы навиваются из стальной ленты и затем скрепляются в единую конструкцию. Навитые системы могут быть неразрезными (см. рис. 2.6,6), когда обмотки из обмоточного провода или медной или алюминиевой ленты (фольги) наматываются непосредственно на стержни магнитной системы, или стыковыми, когда для насадки обмоток стержни магнитной системы разрезаются резом, перпендикулярным к продольной оси стержня, и навитая магнитная система становится стыковой (рис. 2.3,6).

Плоские стыковые магнитные системы с раздельно собираемыми стержнями и ярмами (рис, 2.3, в) требуют по сравнению с шихтованными более массивного и прочного крепления стержней и ярм и специальных конструкций для стяжки стержней с ярмами в виде металлических башмаков, стяжных шпилек и т. д. Кроме того, в стыковых магнитных системах в целях уменьшения немагнитных зазоров приходится собирать стержни и ярма на специальных магнитных плитах, применять магнитные клеи, обрабатывать стыковые поверхности стержней и ярм и при этом считаться с существенным повышением тока холостого хода по сравнению с током холостого хода для шихтованных и особенно навитых неразрезных магнитных систем. В отечественном трансформаторостроении плоские стыковые магнитные системы применяются в реакторах.

Стыковые магнитные системы могут собираться также из разрезанных навитых частей (рис. 2.3, б) или из навитых частей и частей, собранных из плоских пластин. Примером последнего варианта служит магнитная система по рис. 2.6, а, у которой стержни собраны из плоских пластин, а ярма навиты из холоднокатаной стальной ленты.

Выбор того или иного типа магнитной системы связан с выбором схемы магнитной цепи трансформатора, наиболее подходящей для заданных условий. Собранные впереплет плоские шихтованные магнитные системы благодаря простой и дешевой конструкции крепления и стяжки, а также относительной простоте сборки получили наиболее широкое распространение. В отечественном трансформаторостроении эти системы применяются для большинства силовых трансформаторов до самых мощных включительно.

На рис. 2.5 показаны различные схемы взаимного расположения стержней и ярм плоских шихтованных и плоской навитой магнитных систем. Трехфазная магнитная система по рис. 2.5, д получила наибольшее распространение для силовых трансформаторов мощностью от 6,3 до 100000 кВ•А. При этой схеме магнитный поток ярма равен потоку стержня Фя=Фс и площадь поперечного сечения ярма должна быть равна или больше площади поперечного сечения стержня.

С дальнейшим ростом мощности и размеров трансформатора обычно переходят на бронестержневые магнитные системы с разветвленными ярмами: однофазные по рис. 2.5, б и трехфазные по рис. 2.5, е. Магнитный поток ярма в однофазной магнитной системе при этом равен половине потока стержня Фя =Фс/2, в трехфазной Фя=Фс Ö3. Это обстоятельство позволяет уменьшить сечение, а следовательно, и высоту ярма и общую высоту трансформатора, что важно для трансформаторов большой мощности, размеры которых по высоте жестко ограничиваются условиями транспортировки по железной дороге.

При мощности однофазного трансформатора 133000 кВ•А и более, когда одно только разветвление ярм недостаточно снижает высоту трансформатора, прибегают к «расщеплению» мощности между двумя или тремя отдельными стержнями, например по схеме рис. 2.5, г. Для этих схем сечение ярма также может быть взято равным половине сечения стержня, так как магнитный поток ярма в однофазной магнитной системе равен Фс/2. Применяя бронестержневые магнитные системы с разветвленными ярмами и «расщеплением» мощности между отдельными стержнями, добиваются существенного снижения высоты трансформатора за счет увеличения длины и некоторого увеличения массы активных материалов — меди и стали.

Рис. 2.5. Различные схемы плоской магнитной системы трансформатора;

однофазные: а — стержневой; б — броневой; в и г — бронестержневые с расщеплением мощности между стержнями; трехфазные; д — стержневой; е — бронестержневой; ж — броневой; з — навитой стержневой

В схеме плоской навитой магнитной системы по рис. 2.5,з магнитный поток каждого стержня является геометрической суммой потоков двух навитых колец. Например, поток фазы А можно представить в виде суммы:

.

Поскольку три кольца этой магнитной системы навиваются раздельно, а для удобства сборки между ними должен соблюдаться небольшой технологический зазор, переход магнитного потока из одного кольца в другое затруднен и фактическая индукция в каждом кольце должна быть в 2/ Ö3 = 1,155 раза больше общей расчетной индукции в стержне. Подобное сложение потоков стержней и ярм в схеме по рис. 2.5, е не приводит к увеличению индукции потому, что в каждом стержне оба частичных потока складываются в одних и тех же пластинах.

В последние годы в трансформаторах мощностью до 6300 кВ•А все более широкое применение находят пространственные магнитные системы различных конструкций. На рис. 2.6 показаны методы образования таких систем. Комбинированная стыковая магнитная система по рис. 2,6, а составляется из стержней, собранных из плоских пластин.

Магнитный поток в ярме такой системы Фя =Фс/3, и площадь поперечного сечения ярма может быть в 3 раз меньше площади поперечного сечения стержня. С учетом уменьшения площади сечения, а также увеличения общей длины ярма эта система, как показали исследования, дает возможность уменьшить массу активной стали и потери холостого хода примерно на 9 -10 % при увеличении тока холостого хода на% для трансформаторов мощностью кВ•А и на% для трансформаторов мощностью кВ•А по сравнению с плоской шихтованной системой.

Рис. 2.6. Пространственные магнитные системы: а — стыковая со стержнями, собранными из плоских

пластин, и навитыми ярмами; б — навитая неразрезная, состоящая из трех навитых колец

стин различной ширины, но одинаковой длины, и из ярм, навитых из ленточной стали. Обмотки на эту систему устанавливаются при ее сборке из отдельных частей.

Магнитный поток в ярме такой системы Фя =Фс/3, и площадь поперечного сечения ярма может быть в 3 раз меньше площади поперечного сечения стержня. С учетом уменьшения площади сечения, а также увеличения общей длины ярма эта система, как показали исследования, дает возможность уменьшить массу активной стали и потери холостого хода примерно на 9 -10 % при увеличении тока холостого хода на% для трансформаторов мощностью кВ•А и на% для трансформаторов мощностью кВ•А по сравнению с плоской шихтованной системой.