Устройство силового трансформатора | Неисправности электрооборудования и способы их устранения

Страница 2 из 30

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ

Устройство силовых трансформаторов

Трансформатором называют статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии одного напряжения и тока в энергию другого напряжения и тока при постоянной частоте.

В настоящее время существует множество трансформаторов, однако по принципу действия и устройству они столь подобны друг другу, что можно, рассмотрев самый распространенный тип — силовые трансформаторы, легко изучить и все другие.
Трехфазный силовой двухобмоточный трансформатор состоит из следующих основных частей: магнитопровода, обмоток, переключателя анцанф, проходных изоляторов, бака, расширителя.

Магнитопровод трансформатора набирают из листов электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм, листы изолируют один от другого специальными лаками.
Наиболее распространен магнитопровод стержневого типа, собранный при помощи шихтовки листов трансформаторной электротехнической стали. На рисунке 18 показана схема шихтовки магнитопровода стержневого типа трехфазного трансформатора. Обычно шихтовка магнитопровода проводится через две пластины и минимальное число пластин для трансформатора малой мощности — три.

На рисунке 19 показаны ярма и стержни магнитопровода. На стержни магнитопровода насаживают обмотки.
В мощных трансформаторах сечение ярм делают на 5-10% больше сечения стержней. Некоторые зарубежные фирмы строят мощные трансформаторы с магнитопроводами броневого типа.

В СССР броневые магнитопроводы делают у мелких однофазных трансформаторов и у специальных однофазных трансформаторов значительной мощности.
а — ярма; в — стержни.

Рис. 20. Магнитопровод броневого однофазного трансформатора:
а — ярмо; б — стержень.

а — первый слой листов; б — второй слой листов.

Рис. 18. Схема шихтовки магнитопровода стержневого типа трехфазного трансформатора:

Рис. 19. Магнитопровод стержневого типа трехфазного трансформатора:

В броневом трансформаторе ярма магнитопровода частично защищают — бронируют обмотки. Магнитопровод однофазного броневого трансформатора показан на рисунке 20.
Стержни и ярма трансформаторов стягиваются шпильками, изолированными от магнитопровода, или другим способом.

По магнитопроводу трансформатора замыкается основной магнитный поток трансформатора.
Обмотки трансформатора выполняют из медных или алюминиевых проводов круглого и прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. В СССР для силовых трансформаторов используют концентрические обмотки, представляющие собой цилиндры, надетые один на другой. В силовом трехфазном двухобмоточном трансформаторе на каждый стержень надевают две обмотки. Обмотка низшего напряжения — НН располагается ближе к стержню, так как ее легче изолировать от него; на обмотку НН надевают обмотку высшего напряжения — ВН. Изоляцией между обмотками НН и ВН служит специальный изоляционный цилиндр. От ярм магнитопровода обмотки изолируют специальными изоляционными кольцами и прокладками.

Рис. 21. Обмотки силовых трансформаторов:

а — многослойная обмотка ВН; б — непрерывная обмотка BH; в — цилиндрическая обмотка НН; г —винтовая обмотка НН.

Рис. 22. Схема расположения обмоток на стержне трансформатора:

а — концентрических; б — чередующихся.

На рисунке 21, а показана многослойная обмотка ВН трансформатора небольшой мощности, на рисунке 21,6 — непрерывная обмотка ВН трансформатора значительной мощности, на рисунке 21, в — цилиндрическая обмотка НН трансформатора сравнительно небольшой мощности, а на рисунке 21, г — винтовая обмотка НН мощного трансформатора. В трансформаторах специального назначения применяют чередующиеся обмотки, представляющие собой дискообразные катушки. Катушки НН и ВН надевают на стержни трансформатора так, чтобы они правильно чередовались.

На рисунке 22, а схематически показана концентрическая обмотка, а на рисунке 22,6 — чередующаяся. Из рисунка 22, б видно, что ближе к ярму располагают катушки НН, так как их легче изолировать. Чтобы повысить электрическую и механическую прочность обмоток трансформаторов, их пропитывают глифталевым лаком марки ГФ-95. По действующему стандарту на силовые трансформаторы начала и концы обмоток обозначают буквами латинского алфавита (табл. 1).

Любая из обмоток трансформатора может быть соединена тремя способами: звездой, треугольником или зигзагом. Магнитопровод с обмотками называют активной частью трансформатора. Активная часть силовых трансформаторов помещается в специальный бак, заполненный маслом. Выводы от обмоток трансформаторов подключают к шпилькам проходных фарфоровых изоляторов, установленных на крышке бака трансформатора.

Переключатели анцапф служат для изменения в небольших пределах числа включенных витков обмоток ВН. Переключатель может быть установлен в каждую фазу трансформатора или быть общим для трех фаз. На рисунке 23 показан однофазный переключатель барабанного типа. В этих переключателях используют самоустанавливающейся кольцевой контакт. Контактные кольца, выточенные из латунной трубы, установлены на коленчатом валу и прижимаются к контактным стержням спиральными пружинами, вставленными в каждое из колец. Ось коленчатого вала укреплена в середине двух гетинаксовых дисков.
По окружности этих дисков расположены контактные стержни, к которым подключаются отводы от обмоток трансформатора. Переключатель вращается с помощью штанги, соединенной с валом, выведенным на крышку трансформатора. На рисунке 24 показан трехфазный нулевой переключатель на три положения. Этот переключатель устанавливается непосредственно на крышке трансформатора.

Проходные изоляторы — вводы масляных трансформаторов служат для соединения выводных концов обмоток трансформатора с внешними сетями. Ввод состоит из токоведущей части в виде шпильки из меди, бронзы или латуни и фарфорового проходного изолятора цилиндрической формы, устанавливаемого в отверстии крышки трансформатора. Фарфоровый изолятор для внутренней установки имеет гладкую или слаборебристую поверхность. Изолятор для наружной установки имеет ребристую наружную часть, выполненную так, чтобы при дожде нижние поверхности ребер оставались несмоченными. Ребра увеличивают сопротивление изолятора для токов утечки.

Рис. 24. Трехфазный нулевой переключатель:

1-штифт стальной; 2 — втулка стальная; 3 — диск гетинаксовый;

вырез в диске; 5 — вал коленчатый; 6 — стержень контактный; 7- кольца контактные; 8 — втулка бумажно-бакелитовая; 9 — выводы от обмоток.
а — общий вид; б— вид снизу; 1— пластина гетинаксовая; 2—контакт неподвижный; 3 — болт контактный; 4, 10— болты; 5 — сегмент контактный;

На рисунке 25 показан съемный ввод обмотки НН для наружной установки.

Рис. 23. Переключатель барабанного типа:

Бак трансформатора с масляным охлаждением
1 — вал коленчатый; 7 — вал изоляционный; 8 — фланец; 9 — цилиндр; 11 — кольцо резиновое; 12 — крышка бака; 13— фланец; 14 — болт стопорный; 15 — дощечка; 16 — колпак.

Рис. 25. Съемный ввод для наружной установки на напряжение 230—525 В:

1 — дно; 2 — трубы; 3 — стенка бака; 4 — верхняя рама; 5 — уплотнение; 6 — крышка.

Рис. 26. Трубчатый бак трансформатора:

1 — шпилька медная; 2— гайка латунная; 3 — шайба медная; 4 — колпак латунный; 5— кольцо резиновое; 6 — втулка медная; 7, 10— изоляторы фарфоровые; 8 — шайба резиновая; 9, 11 — шайба из электрокартона.
представляет собой резервуар овальной формы, сваренный из листовой стали. В этот резервуар помещают активную часть трансформатора и заливают трансформаторным маслом. В трансформаторах до 25 кВА баки делают гладкими, а в трансформаторах мощностью до 160 кВА—трубчатыми (рис. 26). Баки мощных трансформаторов снабжают навесными радиаторами. Трубы и радиаторы увеличивают поверхность охлаждения баков.

Расширитель-консерватор устанавливают на трансформатор для уменьшения поверхности соприкосновения масла с воздухом и для приема лишнего масла из бака при его нагревании.

Рис. 27. Расширитель и выхлопная труба:

1_ указатель уровня масла; 2 — трубка для свободного обмена воздуха; 3 — пробка для заливки масла; 4 — выхлопная труба; 5— кран для отсоединения расширителя; 6 — газовое реле; 7 — грязеотстойник.

Рис. 28. Схема работы однофазного трансформатора под нагрузкой:

Г — генератор переменного тока; 1 — обмотка ВН; 2 — обмотка НН; 3 — нагрузка; К — однополюсный выключатель; Ф — основной магнитный поток.

Расширитель, представляющий собой цилиндрический стальной резервуар, емкость которого составляет 10—12% емкости бака, с баком соединяется трубой. Обычно между расширителем и баком устанавливают газовое реле для защиты трансформатора от внутренних повреждений. Расширитель снабжают указателем уровня масла с отметками, соответствующими температуре масла,—35° С; +15° С; +35° С. При указанных температурах до соответствующих отметок заливают масло в неработающий трансформатор.

Расширитель и выхлопная труба трансформатора показаны на рисунке 27.  

Что такое трансформатор (и как он работает)?

Что такое трансформатор?

Принцип работы трансформатора

Принцип работы трансформатора очень прост. Взаимная индукция между двумя или более обмотками (также известными как катушки) позволяет передавать электрическую энергию между цепями. Этот принцип более подробно объясняется ниже.

Теория трансформатора

Допустим, у вас есть одна обмотка (также известная как катушка), которая питается от переменного электрического источника.Переменный ток, протекающий через обмотку, создает постоянно изменяющийся и переменный поток, окружающий обмотку.

Если к этой обмотке приблизить другую обмотку, некоторая часть этого переменного магнитного потока будет соединена со второй обмоткой. Поскольку этот магнитный поток постоянно изменяется по своей амплитуде и направлению, во второй обмотке или катушке должна быть изменяющаяся магнитная связь.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, во второй обмотке будет индуцированная ЭДС.Если цепь этой вторичной обмотки замкнута, то через нее будет протекать ток. Это основной принцип работы трансформатора .

Давайте использовать электрические символы, чтобы наглядно это показать. Обмотка, которая получает электроэнергию от источника, известна как «первичная обмотка». На схеме ниже это «Первая катушка».

Обмотка, которая дает желаемое выходное напряжение за счет взаимной индукции, обычно известна как «вторичная обмотка». Это «Вторая катушка» на схеме выше.

Трансформатор, который увеличивает напряжение между первичной и вторичной обмотками, определяется как повышающий трансформатор. И наоборот, трансформатор, который снижает напряжение между первичной и вторичной обмотками, определяется как понижающий трансформатор.

Увеличивает или понижает трансформатор уровень напряжения, зависит от относительного количества витков между первичной и вторичной сторонами трансформатора.

Если на первичной катушке больше витков, чем на вторичной, то напряжение будет уменьшаться (понижаться).

Если на первичной обмотке меньше витков, чем на вторичной обмотке, то напряжение возрастет (пошагово).

Хотя приведенная выше схема трансформатора теоретически возможна в идеальном трансформаторе, это не очень практично. Это связано с тем, что на открытом воздухе только очень небольшая часть потока, создаваемого первой катушкой, будет связываться со второй катушкой. Таким образом, ток, протекающий по замкнутой цепи, подключенной ко вторичной обмотке, будет чрезвычайно мал (и его трудно измерить).

Скорость изменения потокосцепления зависит от количества связанного потока со второй обмоткой. Таким образом, в идеале почти весь поток первичной обмотки должен быть связан со вторичной обмоткой. Это эффективно и рационально достигается за счет использования трансформатора с сердечником. Это обеспечивает путь с низким сопротивлением, общий для обеих обмоток.

Назначение сердечника трансформатора — обеспечить путь с низким сопротивлением, через который проходит максимальное количество магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, и соединяется со вторичной обмоткой.

Ток, который первоначально проходит через трансформатор при его включении, называется пусковым током трансформатора.

Если вы предпочитаете анимированное объяснение, ниже представлено видео, объясняющее, как именно работает трансформатор: