Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы

Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы

Масляный трансформатор – электрический агрегат, состоящий из двух или более обмоток. Основная задача этого устройства – преобразование электрического тока. Предельная частота в этом случае не изменяется. Процесс преобразования происходит электромагнитной индукцией.

Трансформаторы – вторичный источник питания. Они обеспечивают подачу энергии от электросети. Масляный тип трансформатора имеет ряд отличий. Их выпускают различных размеров, что делает возможным их размещение в любом помещении и на открытом пространстве. Корпус имеет защиту от негативного влияния внешней среды.

В статье мы рассмотрим, как сделать статичный повышающий трансформатор своими руками для монтажа в бытовую электросеть. В качестве бонуса читатель найдет интересный видеоматериал и обучающее пособие Л.С. Герасимова, А.И. Майорец “Обмотки и изоляция силовых масляных трансформаторов”.

Изображение масляного трансформатора.
Масляный трансформатор.

Принцип работы

Силовой трансформатор с заливкой масла в своей работе использует маслорасширитель, который компенсирует нагревание масла в процессе эксплуатации. Самой главной частью является воздухоочиститель, который способствует защите от попадания инородных тел в бачок с маслом. Также такой тип трансформатора обязательно должен иметь термометр, определяющий уровень нагрева жидкости. Эти устройства имеют отличные показатели надёжности, что является главным свойством в энергосети.

схема устройства масляного трансформатора
Принцип работы масляного трансформатора.

Преимуществом масляных трансформаторов перед сухими, является высокая степень защиты внешней обмотки, так же они имеют меньшее реактивное сопротивление.

Эти и многие другие свойства, обеспечивают высокие показатели надёжности, так же они позволяют существенно уменьшить надзор за ними. При хороших условиях трансформаторы такого типа могут прослужить порядка двадцати лет и не разу не требовать технического обслуживания, что безусловно является существенным плюсом в решение о покупке.

По статистике самой часто встречаемой поломкой трансформатора силового масляного типа является перегрев бочка с жидкостью, что вызывает разгерметизацию корпуса трансформатора. Но стоит заметить, что по сравнению с сухими трансформаторами, эту поломку будет не так уж и сложно устранить в сервисном центре.

Силовые трансформаторы масляного типа пользуются огромной популярностью во всём мире. Связано это с их не очень сложным устройством, а чем проще устройство, тем сложнее сломаться. Так же высокая износоустойчивость достигается благодаря погружению обмотки в техническое масло, это обеспечивает высокую степень защиты от внешних факторов.

Критерии выбора оборудования

Существует множество различных аспектов, которые должны быть учтены при использовании силового оборудования. Так на выбор модели трансформатора влияют условия его потенциальной эксплуатации и в частности:

  • сфера применения;
  • место установки;
  • суммарная мощность потребителей.

Рассмотрим специфику выбора с учетом каждого из них. Одним из главных параметров является сфера применения. Ориентируясь на нее нужно определиться с такими характеристиками, как:

  • мощность, она должна соответствовать предполагаемым нагрузкам и позволять агрегату справляться с перегрузками;
  • возможность эксплуатации прибора при росте нагрузки;
  • стоимость и срок службы.

Однако выбирая трансформатор нужно уметь правильно определять его основные параметры:

  • первичное и вторичное напряжение;
  • частоту тока;
  • фазность;
  • нагрузку;
  • способ расположения;
  • особенности размещения.
Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы
Промышленный масляный трансформатор.

Но кроме всех, перечисленных характеристик должны учитываться и функционал агрегата, а также его непосредственное назначение. Если предполагается подключение трансформатора к цепи измерительных приборов, то используют соответствующий вид устройства.

Для защиты от скачков в сети выбирают агрегат, не отличающийся высокой точностью, но обладающий необходимыми функциями. Наибольшей популярностью в последнее время пользуются сухие трансформаторы, они часто используются вместо масляных и имеют большое количество плюсов.

Интересно почитать: как собрать катушку тесла самостоятельно.

Конструкция устройства

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения — более низкого или более высокого. Трансформаторы, понижающие напряжение, называют понижающими, а повышающие напряжение — повышающими.

Трансформаторы изготовляют двухобмоточные и трехобмоточные. Последние кроме обмотки НН и ВН имеют обмотку СН (среднего напряжения). Трехобмоточный силовой трансформатор позволяет снабжать потребителей электроэнергией разных напряжений.

Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы
Схема устройства масляного трансформатора.

Обмотка, включенная в сеть источника электроэнергии, называется первичной, а обмотка, к которой присоединены электроприемники,— вторичной. В рассматриваемых распределительных устройствах и подстанциях промышленных предприятий применяют трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в 0,23 и 0,4 кВ.

В зависимости от изолирующей и охлаждающей среды различают трансформаторы масляные ТМ и сухие ТС. В масляных основной изолирующей и охлаждающей средой являются трансформаторные масла, в сухих — воздух или твердый диэлектрик.

В специальных случаях применяют трансформаторы с заполнением баков негорючей жидкостью — совтолом. Основой конструкции трансформатора служит активная часть, состоящая из магнитопровода с расположенными на нем обмотками низшего напряжения 3 и высшего напряжения 2 отводов и переключающего устройства.

Магнитопровод, набранный из отдельных тонких листов специальной трансформаторной стали, изолированных друг от друга покрытием, состоит из стержней, верхнего и нижнего ярма. Такая конструкция способствует уменьшению потерь на нагрев от перемагничивания (гистерезис) и вихревых токов.

Соединительные провода, идущие от концов обмоток и их ответвлений, предназначенные для регулирования напряжения, называют отводами, которые изготовляют из неизолированных медных проводов или проводов, изолированных кабельной бумагой либо гетинаксовой трубкой.

Интересный материал для ознакомления: полезная информация о трансформаторах тока.

Переключающие устройства

Служат для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах, поддерживания номинального напряжения на зажимах вторичной обмотки при изменении напряжения на первичной или вторичной обмотке. С этой целью обмотки ВН трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями, которые подсоединяют к переключателям.

Необходимость регулирования вызвана тем, что в электросистемах возможны различные отклонения от нормального режима электроснабжения, приводящие к неэкономичной работе приемников, преждевременному износу и сокращению сроков их службы.

Особенно чувствительны к повышению напряжения электролампы, радиолампы и лампы телевизоров: срок их службы резко сокращается при систематическом увеличении напряжения. В трансформаторах могут быть два вида переключений ответвлений: под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой) и без нагрузки после отключения трансформатора — ПБВ (переключение без возбуждения). С помощью ПБВ и РПН можно поддерживать напряжение, близким к номинальному во вторичных обмотках трансформаторов.

Переключение осуществляют изменением числа витков с помощью регулировочных ответвлений обмоток, т. е. изменением коэффициента трансформации, который показывает, во сколько раз напряжение обмотки ВН больше напряжения обмотки НН или во сколько раз число витков обмотки ВН больше числа витков обмотки НН. Пределы регулирования вторичных напряжений для разных трансформаторов различны: на ±10% 12 ступенями по 1,67% или 16 ступенями по 1,25% с помощью РПН; на ±5% четырьмя ступенями по 2,5% с помощью ПБВ.

Устройство и назначение бака 

В  него  погружена активная часть, представляет собой стальной резервуар овальной формы, заполненный трансформаторным маслом. Масло, являясь охлаждающей средой, отводит теплоту, выделяющуюся в обмотках и магнитопроводе, и отдает ее в окружающую среду через стенки и крышку бака. Кроме охлаждения активной части трансформатора масло повышает степень изоляции между токоведущими частями и заземленным баком.

Для увеличения поверхности охлаждения трансформатора баки изготовляют ребристыми, вваривают в них трубы или снабжают съемными радиаторами (только у трансформаторов мощностью до 25 кВ-А стенки бака гладкие). Радиаторы присоединяют к стенкам бака патрубками со специальными радиаторными кранами. У верхнего торца бака к его стенкам приваривают раму из угловой или полосовой стали, к которой крепят крышку на прокладках из маслоупорной резины.

В нижней части бака всех типов трансформаторов имеется кран для взятия пробы и слива масла, а в его днище (в трансформаторах мощностью выше 100 кВ-А) — пробка для спуска осадков после слива масла через кран. Второй кран устанавливают на крышке бака, через который заливают в него масло. Оба крана служат одновременно для присоединения к ним маслоочистительных аппаратов.

К дну баков трансформаторов массой выше 800 кг приваривают тележку с поворотными катками, конструкция крепления которых позволяет изменять направление передвижения трансформаторов с поперечного на продольное. Для подъема трансформатора на баке имеется четыре кольца-рыма.

Активная часть поднимается за скобы в верхних консолях магнитопровода. На крышке бака размещены вводы, расширитель и защитные устройства (выхлопная предохранительная труба, реле давления, газовое реле, пробивной предохранитель). К стенкам бака приваривают подъемные крюки, прикрепляют манометрический сигнализатор (у трансформаторов мощностью свыше 1000 кВ- А) и устанавливают фильтры.

Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы
Схема работы трансформатора.

Расширитель

Расширитель имеет цилиндрическую форму, закрепляется на кронштейне, установленном на крышке 6 трансформатора, и сообщается с баком трансформатора трубопроводом, не выступающим ниже внутренней поверхности крышки трансформатора и заканчивающимся внутри расширителя выше его дна во избежание попадания осадков масла в бак 1. Внутренняя поверхность расширителя имеет защитное покрытие, предохраняющее масло от соприкосновения с металлической поверхностью и расширитель от коррозии. В нижней части расширителя имеется пробка для слива масла из него.

Объем расширителя определяют так, чтобы уровень масла оставался в его пределах как летом при 35 °С и полной нагрузке трансформатора, так и зимой при минимальной температуре масла и отключенном трансформаторе. Обычно объем расширителя составляет 11 —12% объема масла в баке трансформатора.

Для наблюдения за уровнем масла на боковой стенке расширителя устанавливают маслоуказатель, выполненный в виде стеклянной трубки в металлической оправе. Емкость расширителя должна обеспечивать постоянное наличие в нем масла при всех режимах работы трансформатора от отключенного состояния до номинальной нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха, причем при допустимых перегрузках масло не должно выливаться.

Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы
Масляный трансформатор.

В герметичных масляных трансформаторах и трансформаторах с жидким негорючим диэлектриком поверхность масла защищают сухим азотом, а в заполненных совтолом -10 — сухим воздухом. Негерметичные масляные трансформаторы мощностью 160 кВ- А и более, в которых масло в расширителе соприкасается с окружающим воздухом, имеют термосифонный или адсорбционный фильтр, а трансформаторы мощностью 1 мВ • А и более с естественным масляным охлаждением и азотной подушкой — термосифонный фильтр (кроме трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком).

Масляные трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более с расширителем снабжают защитным устройством, предупреждающим повреждение бака при внезапном повышении внутреннего давления более 50 к Па. К защитным устройствам относят выхлопную трубу со стеклянной диафрагмой и реле давления. Масляные трансформаторы и трансформаторы с жидким диэлектриком с азотной подушкой без расширителя имеют реле давления, срабатывающее при повышении внутреннего давления более 75 кПа.

Нижний конец выхлопной трубы соединяют с крышкой бака, а на верхний ее конец устанавливают тонкую стеклянную мембрану (от 2,5 до 4 мм) диаметром 150, 200 и 250 мм, которая разрушается при определенном давлении и дает выход газу и маслу наружу раньше, чем произойдет деформация бака.

Реле давления размещают на внутренней стороне крышки трансформатора. Основными его элементами являются ударный механизм и стеклянная диафрагма. При достижении определенного давления в баке механизм срабатывает, разбивает диафрагму и обеспечивает свободный выход газам.

Трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более, имеющие расширитель, снабжают газовым реле, которое реагирует на повреждения внутри бака трансформатора (электрический пробой изоляции, витковое замыкание, местный нагрев магнитопровода), сопровождающиеся выделением газа или резким увеличением скорости перетекания масла из бака в расширитель. Основные характеристики силовых масляных трансформаторов представлены в таблице ниже.

Характеристики масляных трансформаторов
Основные характеристики силовых масляных трансформаторов.

Выделение газообразных продуктов происходит в результате разложения масла и других изоляционных материалов под действием высокой температуры, возникающей в месте повреждения. На этом явлении основана работа газовой защиты трансформатора от внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газов при их утечке, утечке масла и попадании воздуха в бак.

Основной элемент этой защиты — газовое реле, устанавливаемое обычно на трубопроводе, который соединяет расширитель с баком, имеющим наклон к горизонтали от 2 до 4 В газовом реле имеются две пары контактов для работы на сигнал или отключение.

Здесь можно почитать об устройстве силового трансформатора и сфере его применения.

Защита трансформатора

Пробивные предохранители служат для защиты от пробоя обмоток ВН на обмотки НН. Устанавливают их на крышке бака и подсоединяют к нулевому вводу НН, а при напряжении 690 В — к линейному вводу. При пробое изоляции между обмотками ВН и НН промежуток между контактами, в котором проложены тонкие слюдяные пластины с отверстиями, пробивается и вторичная обмотка оказывается соединенной с землей.

заземление сечением 12мм
Заземление масляного трансформатора.

Для заземления трансформаторов служит специальный заземляющий контакт с резьбой не менее Ml2, расположенный в доступном месте нижней части бака со стороны НН и обозначенный четкой несмывающейся надписью «Земля» или знаком заземления.

Поверхность заземляющего контакта должна быть гладкой и зачищенной; заземление осуществляют подсоединением стальной шины сечением не менее 40><4 мм.

Для измерения температуры масла на трансформаторах монтируют ртутные термометры со шкалой от 0 до 150° С или термометрические сигнализаторы ТС со шкалой от 0 до 100° С. Последние снабжены двумя передвижными контактами, которые можно установить на любую температуру в пределах шкалы.

Первый контакт, будучи включенным в сигнальную цепь, при определенной температуре масла дает сигнал; в случае дальнейшего повышения температуры масла второй контакт, соединенный с реле, отключает трансформатор. На трансформаторах мощностью 6300 кВ * А и выше установлены термометры сопротивления.

Для сушки и очистки увлажненного и загрязненного воздуха, поступающего в расширитель при температурных колебаниях масла, все трансформаторы снабжены воздухоочистительным фильтром — воздухоосушителем, который представляет собой цилиндр, заполненный силикагелем и размещенный на дыхательной трубке расширителя.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные функции масляных  трансформаторов и их устройство. Больше информации о них можно узнать в учебном пособии Л.С. Герасимова, А.И._Майорец “Обмотки и изоляция силовых масляных трансформаторов”.

Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

 

Будет интересно➡  Что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать
Ссылка на основную публикацию
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять