ЭЛЕКТР МАШИНАЛАРИ трансформатор. Электр машиналари трансформаторлар
 Скачать 4.38 Mb.
|
|
ЎНИНЧИ БОБ ТРАНСФОРМАТОРЛАРНИНГ ҚИЗИШИ ВА СОВУТИЛИШИ 10.1. Умумий тушунчалар. Трансформаторларни совутиш усуллари. Иссиқлик оқимлари Трансформатор ишлагандаги электр энергиясининг исрофи иссиқлик энергиясига айланиб, унинг қисмларини қизитади. Трансформаторларда иссиқликнинг асосий манбаи сифатида унинг магнит ўтказгичи ва чулғамлари ҳисобланади. Номинал режимда улардан ажралиб чиқаётган қувват исрофи умумий исрофнинг 75% ини ташкил этади. Трансформатор қувватини оширишга аоссий тўсиқ – бу унинг қизишидир. Чунки унинг чулғамлари, магнит ўтказгичлари ва бошқа конструктив элементларининг максимал имконли қизиш ҳарорати, трансформаторни совутиш жадаллиги, ишлатилаётган изоляцион модданинг қизишга чидамлилиги ва трансформаторнинг белгиланган хизмат вақтига боғлиқдир. Трансформатор тармоққа ёки юкланишга улангандан сўнг бошланғич вақтда барқарорлашмаган иссиқлик жараёни содир бўлади. Бу вақт оралиғида магнит ўзак ва чулғамлардаги ажралаётган иссиқлик энергияси қисман ушбу магнит ўзак ва чулғамларни қизитади, қисман атроф-мухитга тарқалади. Магнит ўзак ва чулғамларнинг ҳарорати ошган сари, иссиқликнинг атроф-мухитга тарқалиши ортади. Магнит ўзак ва чулғамларнинг маълум ҳароратида трансформатордаги иссиқлик режими барқарорлашади, яъни магнит ўзак ва чулғамлардаги ажралаётган иссиқликнинг қиймати атроф-мухитга тарқалаётган иссиқлик миқдорига тенг бўлади. Трансформатор иссиқлик жараёни барқарорлашгандан сўнг, унинг барча қисмларининг ҳароратлари ўзгармас бўлади, яъни у қисмларнинг ташқи совутувчи мухитга нисбатан ҳарорат ортувлари ўзгармас бўлади. Шу вақтга мос келувчи трансформатор қисмлари горизонтал кесими бўйича ҳароратнинг тақсимланиши 10.1-расмда келтирилган. Ундан кўринишича, иссиқлик оқимининг магнит ўтказгич ва чулғамлардан трансформатор атрофидаги мухитгача оқишидаги мухит қуйидаги характерли бўлимларга ажратилиши мумкин: 1 – магнит ўтказгич ёки чулғам ички нуқталаридан уларнинг ташқи юзаларига бўлган мухит; 2 – магнит ўтказгич ёки чулғам ташқи юзаларидан уларни ювиб ўтаётган мойга; 3 – мойдан бокни ички юзасига; 4 – бокнинг ички юзасидан унинг ташқи юзасигача; 5 – бок ташқи юзасидан атроф-мухитга. Биринчи ва тўртинчи бўлимларда иссиқлик тарқалиши иссиқлик узатилиши ёрдамида узатилади; иккинчи ва учинчи бўлимларда – конвекция ва ниҳоят, бешинчи бўлимда нурланиш ёрдамида тарқалади. Ушбу бўлимлардан аҳамиятлироғи учинчисидир. Расм 10.2,а да най бокли трансформаторда (табиий мойли совутиш) мойнинг конвекцион оқимлари йўллари кўрсатилган. Тадқиқотлар шуни кўрсатадики, мойнинг ўртача ҳарорати ва шу ҳароратга мос келувчи мойнинг қовушқоқлигида мой конвекциясининг иссиқлик узатиш коэффициенти (10.1) бу ерда - юза ҳароратининг мой ҳароратидан ортуви (оС); Н – иссиқлик тарқатувчи юзанинг баландлиги (м.) Мисол учун, ўртача = 200С ва Н = 0,51 м бўлса, Бу қийматлар ҳаво конвекцияси коэффициентидан 10 марта ортиқдир. Мой иссиқлик ўтказиш хусусиятининг юқори аҳамиятлилиги ҳам шундадир. Чулғамлардаги ва магнит ўтказгичлардаги ҳарорат тақсимланишини кўрилганда ҳисобни соддалаштириш учун ўзак ва чулғамлар орасида, алоҳида чулғамларнинг орасидаги каби, иссиқлик алмашинуви бўлмайди, чунки улар мой ўтиш оралиғи билан ажратилган деб фараз қилинади. 10.2. Трансформатор магнит ўтказгичининг қизиши А. ички ҳарорат фарқи. Мойли трансформатор магнит ўзагида ҳосил бўлувчи иссиқлик уч йўналиш бўйича узатилиши мумкин. Бу йўналишлар қуйидагилар: а) пўлат тунукаси ёки унинг ўқи бўйлаб (расм 10.3); б) магнит ўтказгичнинг кўндаланг кесимида ўзак шодаси (пакет) бўйлаб, яъни расм текислигига перпендикуляр йўналишда; в) шу текисликда ўзак шодаси (пакети) га перпендикуляр йўналишда, яъни х ўқи йўналишида. Биринчи икки «а» ва «б» бандлардаги иссиқлик оқимлари ҳарорати фарқи ҳисобга олинмайди, чунки пўлатнинг юқори иссиқлик ўтказувчанлиги сабабли y ўқи бўйича магнит ўзакдаги ҳарорат бир хил тақсимланади (масалан, расм 10.2 даги 2-эгри чизиқни кўринг). Аксинча, учинчи турдаги иссиқлиқ оқими ўз йўлида тунукалараро изоляцияни учратади. Изоляциянинг иссиқлик ўтказувчанлиги электротехник пўлатникидан бир неча ўн марта кичикдир. Ўзак кўндаланг кесимида х ўқи йўналишидаги ҳарорат ортувини аниқлаш учун куйидаги фаразларни қабул қиламиз: а) пўлатнинг иссиқлик ўтказувчанлиги изоляциянинг иссиқлик ўтказувчанлигига нисбатан чексиз марта каттадир; б) ўзак шодасининг иккала ён томонлари юзасидаги ҳарорат ортуви мойнинг ҳарорат ортувига тенгдир (расм 10.3); в) пўлат бирлик ҳажмидаги қувват исрофлари ўзгармасдир (Рn=const). Бу соддалаштиришлардан сўнг қилинган таҳлил шуни кўрсатадики, ўзак ўқидан х масофада жойлашган нуқтанинг ҳарорат ошуви х қуйидаги боғланишда экан: (10.2) бунда b - ўзак шодаси қалинлиги; и.ў. - ўзакнинг х йўналишидаги ўртача иссиқлик ўтказувчанлиги; m - ўзак шодасидаги ҳарорат фарқи Шундай қилиб, шода кенглиги бўйича ҳарорат ошуви квадратик парабола қонунига бўйсинар экан. Ҳарорат ошувининг энг катта қиймати ўзакнинг ўқида (х=0) бўлиб, қуйидагига тенг: (10.3) Б. Ўзак юзасидан иссиқликни олиш. Магнит ўтказгичнинг юзасидан совиткич (мой, ҳаво ва ҳ.к.) оқиб ўтиши (ёки магнит ўтказгичнинг юзаси ва совуткич ўзаро тегиши) натижасида иссиқ оқим совуткичга ўтишини ҳисоблашда ўзакнинг ўртача ҳарорат ортуви тушунчаси киритилади ва бунда (10.4) Аксарият ҳолларда ўр=12200С булади. Трансформатор мойига бўлганлиги учун, табиий мойли совутишда ўзакнинг 1 м2 иссиқлик тарқалувчи юзасидан иссиқликни олиш ва ундан ортиқроқ бўлади. 10.3-расм. Ўзак шодаси кенглиги катта бўлганда ҳарорат фарқи ўта катта қийматларга эришиши мумкин. Бундай ҳолларда магнит ўтказгич бир неча кўндаланг ва бўйлама каналли қилиб бажарилади. 10.3. Трансформатор чулғамларининг қизиши А. Чулғам кенглиги ва баландлиги бўйлаб ҳарорат фарқи. Чулғамлардаги иссиқликнинг тарқалиш шароитлари магнит ўзакникидан анча мураккаброқ ва бир қанча омилларга боғлиқ. Бу омилларга чулғам тури, совутувчи каналларнинг сони, катталиги ва тузилиши ва совутиш турлари кирадилар. Асосан, чулғам кенглиги бўйлаб, юқорида магнит ўтказгичлар учун келтирилган квадратик параболик (расм 10.3) қонунига бўйсинади. Бироқ, трансформатор чулғамининг ташқи ва ички сиртлари совутилиш шароитлари бир хил бўлмаганлиги сабабли , ундаги ҳарорат ошувининг энг катта қиймати чулғам ўртасидан унинг чеккасига силжиган бўлади. Расм 10.4 да кўрсатилган чулғам бўйлама кесимининг бир чеккасида тор совутиш канали бўлиб, иккинчи чеккасидан эса мой бемалол оқиб ўтади. Шунинг учун, мазкур чулғам сиртларининг чап (тор каналли) томони сустроқ, ўнг томони эса жадалроқ совутилади. Ш унга ўхшаш, трансформатор чулғами баландлиги бўйича ҳам (расм 10.2, даги 1-эгри чизиқ) ҳарорат ортуви нотекис тақсимланади. Бунга сабаб, мойнинг пастдан юқорига ҳаракатида унинг ҳарорати ортади (расм 10.2,б даги 3-эгри чизиқ). Чулғам ҳароратини аниқлашдаги тахминий ҳисобларда, унинг максимал ҳароратини топиш учун қаршилик усули билан аниқланган чулғамнинг ўртача ҳароратининг қийматига 100С ни қўшиш мумкин. Б. Чулғам юзасидан иссиқликни олиш. Трансформатор чулғамининг баландлиги ва кенглиги бўйича ҳарорат тақсимланиши нотекис бўлганлиги учун, ҳисоблашларда мойникига нисбатан чулғамнинг ўртача ҳарорати ортуви м тушунчаси киритилади. Экспериментал тадқиқотлар шуни кўрсатадики, м қуйидаги эмпирик формула билан ифодаланиши мумкин: (10.5) Бу ерда k ва n – экспериментал усулда аниқланган ўзгармас коэффициент ва чулғам тури билан совутиш усулига боғлиқ бўлган кўрсаткич даражаси; q – чулғамнинг солиштирма иссиқликдан юкланиши; яъни мойнинг вақт бирлигида чулғамнинг бирлик юзасидан барқарорлик режимида олаётган иссиқлик қийматига тенг. Аксарият, q0 12м га мос келувчи Ватт билан ўлчанади (Вт/м2). Агар РМ – чулғамндан ажралаётган иссиқлик қийматининг ҳаммаси бўлса, s0 – чулғамнинг иссиқлик тарқатувчи юзаси бўлса, у ҳолда Чулғамдаги РМ нинг қиймати нисбатан катта аниқликда ҳисобланиши мумкин. Аксинча, актив совутилувчи юзанинг қиймати фақат тахминан аниқланиши мумкин. Масалан, чулғамлар расм 10.5,а, б, в да кўрсатилганидек бажарилган бўлса, унда биринчи ҳолда (расм 10.5,а) совутилувчи юзанинг қиймати фақат чулғамнинг ташқи юзаси (кўпинча чулғамнинг ён томонларини ҳисобга олмаган ҳолда) билан аниқланади; иккинчи ҳолатда (расм 10.5,б) ҳисобга чулғамнинг ички ва ташқи юзалари S0 киритилади ва S0 нинг 60-70% ни ташкил этувчи чулғамларни маҳкамловчи қисмлар эгаллаган юзани ҳисобга олинади, ниҳоят, учинчи (расм 10.5,в) ҳолда, каналнинг кенглиги bk5 мм бўлганда, чулғамни маҳкамловчи қисмлар эгаллаган юза билан бирга, ўраманинг ҳамма ташқи юзасини актив деб ҳисоблаш мумкин. Табиий совутилувчи трансформаторларда рухсат этилган га q0=12001600 Вт/м2 мос келади; пуркашли совутилувчи трансформаторларда q0=20002500 Вт/м2; мойни мажбурий циркуляцияли трансформаторларда q0=25003000 Вт/м2. 10.4. Трансформатор қисмларининг рухсат этилган ҳарорат меъёрлари Трансформатор барқарор режимида чулғамларнинг ҳарорати атроф-мухитнинг ҳароратидан ортуви стандартга (ГОСТ 11677-85) кўра қуйидагилардан ошмаслиги шарт: Мойли трансформаторлар учун изоляция иссиққа чидамлилигининг А туркуми: - табиий ёки мажбурий циркуляцияли мойнинг оқими чулғам орқали йўналтирилмагандаги - 65 оС; - мажбурий циркуляцияда мойнинг оқими чулғам орқали йўналтирилгандаги - 70 оС; - магнит ўзакнинг ва ёрдамчи қисмларнинг юзасидаги ҳарорат (мой ёки бошқа диэлектрикнинг юқори қисмларида) – 75 оС; - трансформаторни герметик ёки кенгайтиргичли қилиб бажарганда - 60 оС; - траснформаторни ногерметик ёки кенгайтиргичсиз қилиб бажарганда 53 оС. Қуруқ трансформаторларда стандарт (ГОСТ 8865-70) га кўра изоляциянинг қуйидаги иссиққа чидамлилигининг туркумларида чулғамнинг ҳарорати атроф-мухитнинг ҳароратидан ортуви ошмаслиги керак: А - 60 оС; Е - 75 оС; В - 80 оС; F - 100 оС; H - 125 оС. Трансформатор айрим қисмлари ҳароратининг атроф-мухит ҳароратидан юқорида келтирилган ортувлари, трансформаторларнинг номинал режимда узлуксиз ишлаганда атроф-мухитнинг қуйидаги шароитларига мос келади: атроф-мухитнинг табиий ҳарорат ўзгариши +40 оС дан юқори эмас ва -45 оС дан паст эмас; совуткичга кирувчи совутувчи сувнинг ҳарорати +25 оС дан юқори эмас; ҳавонинг ўртача кунлик ҳарорати +30 оС дан юқори эмас; ҳавонинг ўртача йиллик ҳарорати +20 оС дан паст эмас. Трансформатор алоҳида қисмлари ҳароратининг рухсат этилган ҳарорати меъёридан ошиши биринчи галда изоляциянинг эксиришига олиб келади. Изоляцион модданинг ҳарорати қанча юқори бўлса, унинг эскириши, яъни электрик ва механик мустаҳкамлиги (пишиқлиги) нинг камайиши шунча жадалроқ бўлади. Масалан, ҳозирги замон мойли трансформаторларида кенг қўлланилаётган қоғоз изоляциясининг ҳарорати меъёридан 8 оС га ошса, унинг хизмат муддати икки марта қисқаради. Шу сабабли, чулғам ҳарорати ортувининг меъёри стандартга кўра (ГОСТ 11677-85) шундай белгиланганки, чулғамнинг ўртача йиллик ҳарорати 75 оС бўлганда, йилнинг энг иссиқ вақтида, унинг энг катта ўртача ҳарорати 105110 оС дан ошмасин. Бу ҳолда, трансформаторнинг давомли ва қисқа вақтли ўта юкланишлари стандарт (ГОСТ 11677-85 ва ГОСТ 14209-85) да шартланади. 10.5. Трансформаторни совутиш тузилмалари Ҳозирги пайтда ишлатилаётган трансформаторларни совутиш тузилмалари ва уларнинг ушбу дарсликда қабул қилинган шартли белгилари жадвал 10.1 да келтирилган. О.Қ ва Қ.Х. турдаги совутишли траснформаторларда актив қисм (магнит ўтказгич ва чулғамлар конструктив деталлари билан) ташқи мухит ҳавоси билан бевосита алоқада (сопрокосновение) бўлиб, унинг совутилиши ҳавонинг табиий нурланиши ва конвекцияси натижасида амалга оширилади. ҚГ турдаги совутишли трансформаторларда, унинг актив қисми бокка жойлаштирилиб, газ, масалан элегаз (газсимон олти фторли олтингугурт) тўлдирилади. Бу ҳолда совутилиш газ ва ҳавонинг табиий циркуляцияси натижасида амалга ошади. Жадвал 10.1 Трансформаторни совутиш тузилмалари ва уларнинг шартли белгилари
ҚМЦ турдаги совутишли трансформаторда шамол паррак ёрдамида сунъий равишда ҳаво ҳаракати тезлаштирилади. Шуни эслатиш керакки, ҳавонинг мойга нисбатан паст иссиқлик ўтказувчанлиги ва электрик мустаҳкамлиги (пишиқлиги) сабабли, қуруқ траснсформаторлар 16002500 кВА гача қувватларда ва 1520 кВ гача бўлган кучланишларда ишлатиладилар. Бунда улар фақат қуруқ ва ҳавонинг нисбий намлиги 80% гача бўлган хоналарда ўрнатилиши мумкин. М турдаги совутишли трансформаторларнинг актив қисмлари бокка жойлаштирилади. Бокнинг тузилиши трансформатор қувватига кўра хилма-хил бўлади (расм 10.6). Ичига трансформаторнинг актив қисми жойлаштирилган бокка трансформатор мойи (тозаланган минерал мой) тўлдирилади. қизиган чулғам ёки магнит ўтказгичнинг юзалари билан мой туташиши натижасида қизийди ва унинг зичлиги камаяди. қизиган мой бокнинг юқори қисмига кўтарилади. Кўтарилишида ўзининг деворлари орқали иссиқнинг бир қисмини ташқи мухитга узатади (расм 10.6). Бокда совутувчи найлар ёки радиаторлар (совуткичлар) бўлганида мойнинг бир қисми улар ичига ўтади ва уларга ўзининг иссиқлигини узатади. Совутилган мой совуткичлардан бокнинг пастки сатҳига киради ва яна магнит ўзакка ва чулғамларга учрайди ва совутиш жараёни такрорланади. Натижада трансформаторнинг қизиган қисмларидан унинг девори ва совуткичларига иссиқликнинг конвекцион узатувчи мойнинг узлуксиз циркуляцион оқими пайдо бўлади. Совуткичлар эса ўз навбатида нурланиш ва ҳавонинг табиий конвекцияси ёрдамида ўз иссиғини ташқи мухитга узатади. Қуввати 25-40 кВА гача бўлган трансформаторларда силлиқ боклар (расм 10.6,а) қўлланилади. қувват катталашганда трансформатор боки қовурғали (расм 10.6,б) ёки найли (расм 10.6,в) бўлиб, бокнинг совутилиш юзаси сунъий равишда оширилади. Айлана ёки эллипс кесим юзали найлар эгилган учлари билан бокнинг юқори ва қуйи сатҳларига пайвандланадилар. Керакли совутиш юзасининг қийматига кўра, найлар бир, икки, уч, баъзан эса, тўрт қаторга жойлаштириладилар. Найлар қаторини тўрттадан ошириш мақсадга мувофиқ бўлмайди, чунки бу ҳолда ички қаторлардаги найларнинг совутилиши қийинлашади. Масалан, найлар уч қатор жойлаштирилганда, бир қатор жойлаштирилганга нисбатан уларнинг иссиқлик узатиш самараси 83% бўлса, олти қатор бўлганда 50% гача камаяди. Найли боклар қуввати 1600 кВА гача бўлган трансформаторларда ишлатилади. Найли бокар билан бир қаторда, қуввати 63 – 6300 кВА бўган ҳозирги замон трансформаторларида осма найли радиаторли (расм 10.6,г) боклпар кенг қўлланилмоқда. Уларда найли бокларга нисбатан анча каттароқ срвутиш юзаси ҳосил қилиш мумкин. МТ турдаги совутишли трансформаторларнинг радиаторлари ёки бок ташқи деворлари бўйлаб ҳавони мажбурий йўналтирувчи шамол паррак (вентилятор) лар ўрнатилади (расм 10.7) ва улардаги мой табиий циркуляцияланади. Бу ҳолда иссиқлик узатиш М турдаги совутишли трансформаторлардагидан тахминан икки марта ортади. Бундай совутиш турлари қуввати 10000-80000 кВА бўлган трансформаторларда ишлатилади. Агар трансформаторнинг юкланиши номиналнинг 50% дан ошмаса, ўчирилган шамолпарракларсиз узоқ вақт ишлашга рухсат этилади. Шуни таъкидлаш керакки, акти қисмларининг массаси 25 Т дан ортиқ бўлган трансформаторлар боклари қўнғироқсимон бажарилиб, қовуштиргич (улагич ёки разъем) лари бокнинг қуйи қисмида (расм 10.9,д) жойлаштирилади. Бундай тузилиш трансформаторнинг актив қисмини бокдан чиқармасдан таъмирлашга имкон беради. Натижада катта юк кўтаришлик даражаси (грузоподъемность) га эга бўлган юк кўтаргичларга эҳтиёж бўлмайди. Ундан ташқари, қўнғироқсимон бокли трансформаторлар кенглиги темир йўл габаритларидан кичик экани, уларни ташиш имкониятини оширади. МЦ ва МЙЦ турдаги совутишли трансформаторларнинг ҳар бир совуткичида циркуляцияланувчи мойнинг оқимини тезлатиш учун насослар ўрнатилади. Мойнинг таркибига ҳаво кирмаслигини таъминлаш мақсадида насос ва унинг электр юриткичи мойўтказгичнинг таркибий қисми сифатида бажарилади. Бундан ташқари, МЙЦ совутиш тизимида махсус йўналтирувчи мосламалар (расм 10.7) бўлиб, улар ёрдамида чулғам ва магнит ўтказгич каналларида магнит йўналтирилган ҳаракати таъминланиб, иссиқлик узатишни оширади ва траснформатор савлатини камайтиради. МЦ ва МЙЦ совутиш тизимларининг насосларини ўчирганда, номинал юкнинг 30-40% дан ошмаган юкланиш билан трансформаторнинг узоқ муддат ишлашига рухсат этилади. ММЦ ва ММЙЦ турдаги совутишли трансформаторларда махсус кичик савлатли совуткичлар (расм 10.8) орқали мойнинг мажбурий циркуляцияси ҳосил қилинади. Бундай совуткичларда мой махсус юпқа деворли қовурғали найчалар орқали оқади. Найларнинг ташқи томонидан ҳаво пуркалиши, хар бир совуткичдан 200 кВт гача қувват исрофи тарқалишига олиб келади. Бундай совутиш тизими қуввати 80000-400000 кВА бўлган кучли траснформаторларда қўлланилади. ММС ва ММСЙ турдаги совутишли трансформаторларда мойни совуткичдан мажбурий циркуляциялаб, совуткичлардан мажбурий циркуляцияланган сув оқими ҳосил қилинади. Бундай совуткичлар (расм 10.9) да сув найлардан оқиб, мой эса махсус йўналтирувчилар билан жихозланган ва совутиш самарасини кескин оширувчи найлараро бўшлиқдан ўтказилади. Мазкур совутиш тизими ММЦ тизимидан самаралироқдир. Чунки майдон сувга иссиқлик ўтказиш коэффициенти мойдан ҳавога иссиқлик ўтиш коэффициентидан кататроқдир. Шу туфайли сувли совуткичлар ҳаво совуткичларидан ихчамроқ бўлиб, 1000 кВА гача қувват исрофини тарқатишлари мумкин. Аммо, бу совутиш тизимлари учун жуда катта миқдордаги совутиш суви бўлиши шарт ва трансформаторнинг юксиз ишлаган режимида ҳам насосни ўчириш таъқиқланади. Ё, ЁМ ва ЁМЙ турдаги совуткичли трансформаторларда актив қисм синтетик ёнмас ва оксидланмайдиган суюқлик – совтол (бошқа номлари клофен, пиранол, пирохлор ва б.) тўлдирилган бокка жойлаштирилади. Совтол, бу савол (полихлордифенил) ва трихлорбензолнинг аралашмасидан иборат. Совтолни мўътадил иқлимли минтақаларда ишлатилганда унинг таркибида 65% савол ва 35% трихлорбензол, тропик иқлимли минтақаларда ишлатилганда 90 ва 10% бўлади. Трихлорбензолни қўшиш билан суюқликнинг қовушқоқлиги ва қотиш ҳарорати камайтирилади. Совтол трансформатор мойига ўхшаш электр изоляциялаш хусусиятига ва у билан бир хил иссиқлик ўтказишга эга. Бироқ, совтол трансформатор мойидан қимматроқ, захарлироқ бўлиб, совутиш тизимининг юқори даражадаги герметизацияланишини тақозо этади. |