Методическое пособие Самара Самарский государственный
 Скачать 2.44 Mb.
|
ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ БАКОВ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВПрежде чем приступить к выполнению чертежа, необходимо познакомиться подробнее с конструкцией элементов трансформа- тора и затем дополнить соответственно этими элементами чертежи, которые представлены как образцы на рис. П2.3, П2.4. БАК ТРАНСФОРМАТОРА Бак служит для установки в нем активной части и заливки мас- ла и состоит из обечайки, дна рамы и крышки с отверстиями для крепления болтами к раме. У трансформатора массой менее 25 тонн выбирается бак с верхним разъемом и надставкой. У трансформа- торов с верхним разъемом дно приварено к обечайке, а крышка за- крывает бак и одновременно является основанием для установки расширителя, вводов, приводов переключающих устройств, балло- на термосигнализатора, подъемных колец и других вспомогатель- ных деталей. Место разъема крышки с баком уплотняют резиновой полосой, укладываемой на раму в уступ между выступающим тор- цом обечайки и отверстиями в раме. Для перемещения трансформаторов массой до 20 тонн под днищем устанавливают тележки. Для подъема трансформатора стропами к стенке бака приварены крюки, для крепления охладите- лей и термосифонных фильтров – патрубки с фланцами. Для запол- нения трансформатора маслом установлены вентили. Бак несет механическую нагрузку от масс активной части мас- ла, кроме того, при внутреннем повреждении может испытывать большое избыточное давление, поэтому необходимо выбирать определенную толщину обечайки, дна и рамы. Баки трансформато- ров III габарита усиливают поперечными и продольными балками из стального проката (швеллера, тавра, уголков). Механическую прочность бака и непроницаемость сварных швов испытывают из- быточным давлением 30-50 кПа. Трансформаторы могут быть с баком как овальной формы, изго- товленные с помощью газо- и электросварки, так и прямоугольной. Бак со стенками в виде волн. Этот тип бака изготовляется с бо- ковой стенкой, выполненной из тонколистовой стали толщиной 0,8- 1,0 мм, выгнутой в виде волн. Он находил широкое применение для трансформаторов мощностью в пределах до 630 кВ·А. На рис. 9.1 показана стенка овального бака трансформатора в вид волн и фор- ма и размеры одной волны. Для системы охлаждения применяют трубы круглой или пря- моугольной формы. Трубы могут ввариваться с помощью газо- или электросварки непосредственно в бак или выполняться в виде навесных радиаторов. Их крепят болтами к патрубкам бака, между фланцами которых ставят резиновую прокладку. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ Охлаждение трансформатора осуществляется путем отбора тепла активной части маслом и последующей отдачи его окружаю- щему воздуху через поверхность бака (рис. 9.1), охлаждающие тру- бы (рис. 9.2) или навесные радиаторы (рис. 9.3, 9.4).  Р и с. 9.1. Форма и основные размеры стенки бака с волнами  Р и с. 9.2. Элементы трубчатого бака  Р и с. 9.3. Прямоугольный радиатор с круглыми трубами: 1 – фланец; 2 – патрубок; 3 – коллектор; 4 – коробка; 5 – труба  Р и с. 9.4. Трубчатый радиатор с прямыми трубами Вследствие разности плотностей горячего масла, поступающе- го из бака трансформатора в верхний коллектор радиатора, и хо- лодного в нижней части радиатора оно непрерывно перемещается в радиаторе сверху вниз, отдавая на своем пути тепло стенкам труб; те, в свою очередь, отдают его окружающей среде – воздуху. ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА РАСШИРИТЕЛЬ Расширитель служит для локализации (компенсации) коле- баний уровня масла в трансформаторе при изменении температуры. Кроме того, он уменьшает площадь соприкосновения с воздухом открытой поверхности масла и, следовательно, защищает масло от преждевременного окисления кислородом. Расширитель представ- ляет собой металлический сосуд в виде цилиндра, соединенный с баком трубопроводом. Расширители устанавливают на трансформаторах мощностью 25 кВА и более. Объем расширителя должен быть таким, чтобы при всех режимах работы трансформатора от отключенного со- стояния до номинальной нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха от -45°С до +40°С в нем было масло (обычно 8-10% объема масла, находящегося в трансформаторе). Существуют герметизированные трансформаторы с азотной защитой, у которых пространство между поверхностью масла и верхней стенкой расширителя заполнено азотом. На рис. 9.5 пока- зан расширитель.  Р и с. 9.5. Установка расширителя и выхлопной трубы: 1 – указатель уровня масла; 2 – пробка для заливки масла; 3 – труба для свободного обмена воздуха; 4 – грязеотстойник; 5 – кран для отсоединения расширителя; 6 – газовое реле При нагревании масло из бака трансформатора по маслопрово- ду, соединяющему его с патрубком, вытесняется в расширитель; при снижении температуры оно поступает обратно в бак. На торцовой стенке корпуса расширителя, изготовленного из листовой стали, установлен маслоуказатель и нанесены краской три горизонтальные черты с контрольными цифрами: -45, +15 и +40° С. Это означает, что в неработающем трансформаторе уровни масла, отмеченные черточками, должны соответствовать указанным температурам окружающего воздуха. Другая торцовая стенка корпуса кре- пится болтами на маслоуплотняющей прокладке. Разъем позволяет производить окраску внутренней поверхности расширителя. Для сбора и удаления осадков и влаги со дна расширителя предна- значен отстойник с отверстием, закрываемым пробкой и служащим также для слива масла из расширителя. Изменение в расширителе уровня масла, а следовательно, его объема компенсируется атмосфер- ным воздухом, поступающим в расширитель из окружающей среды через осушитель. Отверстие с пробкой предназначено для заполнения расширителя маслом. Чтобы грязевые осадки и влага не попадали в трансформатор со дна расширителя, конец патрубка, соединяющего его с баком, выступает внутрь расширителя на 50-60 мм. Расширитель устанавливают выше уровня крышки трансформатора с помощью опорных пластин, которые приварены к кронштейнам, закрепленным на крышке болтами. ГАЗОВОЕ РЕЛЕ Газовое реле предназначено для сигнализации и отключения трансформатора при всех видах внутреннего повреждения, связанного с выделением газа, а также при утечке масла из-за неплотности. Такими повреждениями могут быть: разложение изолирующих материалов под воздействием повышенной температуры отдельных мест; замыкание параллельных проводов или витков в обмотках; некачественное соединение отводов; пробой изоляции; неисправность в магнитной системе, остове. По конструктивному признаку различают два вида газового ре- ле: поплавковое и чашечное. Работа поплавкового ocнована на всплывании и опускании металлических поплавков, чашечного – на всплывании и погружении чашечек с маслом. В последние годы на трансформаторах в основном устанавливаются поплавковые газо- вые реле Бухгольца (рис. 9.6). Реле состоит из корпуса с фланцами для подсоединения к трубо- проводу и смотровыми окнами со шкалой и пробкой для спуска масла; крышки с внутренним механизмом, который крепится болтами к кор- пусу на прокладке для обеспечения герметичности. На крышке раз- мещены встроенный блок, кран для отбора пробы газа для анализа, по которому судят о характере повреждения, зажимы для подключения электропроводки и другие вспомогательные детали.  Р и с. 9.6. Газовые поплавковые реле ПГ-22 (а) и реле Бухгольца (б): 1 – корпус; 2, 4 – стеклянная колбочка; 3 – цепь отключения; 5, 11 – поплавок; 6 – крышка; 7 – зажим; 8 – кран; 9 – цепь сигнализации; 10 – рамка крепления; 12 – пробка; 13 – элемент; 14 – штуцер; 15 – геркон; 16 – нижний поплавок В блок входят следующие основные рабочие механизмы и эле- менты управления: верхний поплавок с присоединенным к нему магнитом; герметизированный магнитно-управляемый контакт гер- кон (герметизированный контакт); нижний поплавок с присоеди- ненным к нему магнитом, геркон; подпорный клапан; постоянный магнит, укрепленный на пластине, и гибкие провода, идущие от герконов и подсоединенные к контактным болтам, которые выхо- дят на коробку зажимов, установленную на крышке. Нормально реле заполнено маслом и оба поплавка находятся в верхнем положении. При утечке понижается уровень масла в корпусе и одновременно опускается верхний поплавок; прикрепленный к нему магнит, проходя рядом с герконом, замыкает его контакты, включаю- щие цепь предупредительной сигнализации (звонок, сирена). Если уровень масла после сигнала продолжает понижаться, то начинает опускаться нижний поплавок; в предельном нижнем по- ложении его магнит вызывает срабатывание контактов геркона, за- мыкая цепь отключения трансформатора. В случае внутреннего повреждения трансформатора со слабым га- зообразованием газ в баке поднимается вверх, попадает через трубо- провод в реле и вытесняет из него масло, при этом верхний поплавок опускается и замыкает сигнальные контакты. Однако нижний попла- вок свое положение не меняет, поскольку газ при уровне масла, до- стигшем верхнего края стенки трубы, выйдет по трубопроводу в рас- ширитель, поэтому нижняя поплавковая система работать не будет – трансформатор не будет отключен. При значительных внутренних по- вреждениях с бурным выделением газа происходит выброс масла с большой скоростью через реле в расширитель. Под воздействием по- тока масла подпорный клапан, удерживаемый до этого магнитом, от- бросится в направлении потока, при этом нижний магнит приблизится к геркону, замкнет его контакты, и трансформатор отключится. Время срабатывания реле обычно 0,1 с. Реле можно настроить на срабатыва- ние регулировкой зазора между магнитом и подпорным клапаном при скоростях потока масла от 0,65 до 150 м/с. ВЫХЛОПНАЯ ТРУБА Повреждение внутри трансформатора, сопровождаемое элект- рической дугой, приводит к интенсивному разложению масла с об- разованием большого количества газа и, как следствие, резкому по- вышению давления внутри бака; при этом может разорваться бак и возникнуть пожар. Для локализации давления внутри бака на крышке трансформатора устанавливают выхлопную (предохрани- тельную) трубу (рис. 9.7), которая состоит из корпуса, изготовлен- ного из листовой стали, диафрагмы, фланца для крепления к крыш- ке бака трансформатора и фланца для подсоединения трубы к верх- ней части расширителя. В диафрагму входят фланцы (приваренные к стенке трубы) и резиновые прокладки, уплотняющие стеклянный диск, который установлен между фланцами, скрепленными болтами. Для фиксации мест установки прокладок служит упорное кольцо.  Р и с. 9.7. Выхлопная труба (а) и устройство диафрагмы (б): 1 – фланец крепления; 2 – корпус; 3 - диафрагма; 4 – болт; 5 – фланец соединения; 6 – стеклянный диск; 7 – фланец прижима; 8 – упорное кольцо; 9 – фланец опорный; 10 – прокладка торцовая; 11 – прокладка прижимная Нижний конец трубы сообщается с баком через отверстие в крышке. При повышении давления внутри бака стекло лопается и газы вместе с маслом выбрасываются наружу. ВОЗДУХООСУШИТЕЛЬ Воздухоосушитель – это сосуд, сообщающийся с одной сторо- ны с надмасляной полостью расширителя или бака трансфор- матора, а с другой – с атмосферным воздухом; он предназначен для отделения влаги из воздуха, поступающего в расширитель или бак трансформатора. В трансформаторах I-II габаритов воздухоосуши- тель встроен непосредственно в расширитель (рис. 9.8).  Внутренняя трубка 5 возду- хоосушителя вставлена в отвер- стие верхней части расширителя и маслоплотным швом приварена к его стенке 1;наружная трубка 4установлена диаметрально про- тивоположно внутренней. К наружной трубке прижимными фланцами 8и болтами 7на рези- новой прокладке 11 прикреплен колпак 10 из прозрачного орга- нического стекла.Колпак и нижняя часть внут- ренней трубки заполнены сили- кагель-индикатором, а верхняя — силикагелем или цеолитом до уровня, не превышающего мак- симальный уровень масла 3в расширителе. При изменении температуры и уменьшении объема масла в расширителе из атмосферы через масляный затвор 2, внутрен- нюю трубку 5, силикагель 6, сили- кагель-индикатор 9, наружную трубку 4в верхнюю полость рас- Р и с. 9.8. Воздухоосушитель, встроенный в расширитель: 1 – стенка расширителя; 2 – масляный затвор, 3 – масло; 4 – наружная трубка; 5 – внутренняя трубка; 6 – силикагель; 7 – болт; 8 – прижим- ной фланец; 9 – силикагель-индикатор; 10 – колпак из прозрачного органиче- ского стекла; 11 – резиновая прокладка  Р и с. 9.9. Воздухоосу- шитель, устанавливае- мый на трансформа- торах III габарита и более: 1 – корпус; 2 – патрубок; 3 – силикагель; 4 – патрон сетчатый; 5 – крышка; 6 – стекло; 7 – сетка; 8 – от- верстие в затворе; 9 – труб- ка; 10 – пробка уровня; 11 – масло; 12 – дно затвора; 13 – пробка слива ширителя поступает воздух. При увеличении объема масла по этому пути воздух идет в об- ратном направлении. Об увлажненности си- ликагеля судят по изменению цвета силика- гель-индикатора, за которым наблюдают через колпак. Воздухоосушитель, устанавливаемый на трансформаторах III габарита и более, состоит из металлического корпуса 1(рис. 9.9) цилин- дрической формы, заполненного силикагелем 3, решетки с сеткой 7, сетчатого патрона 4, за- полненного индикаторным силикагелем и за- крытого крышкой 5со смотровым стеклом 6. В нижнюю часть воздухоосушителя вмонтирован масляный затвор, работающий по принципу сообщающихся сосудов и предназначенный для предохранения сили- кагеля от постоянного соприкосновения с воздухом и, следовательно, от его ув- лажнения. Масляный затвор служит также для очистки воздуха от механических при- месей, которые, проходя через масло, осе- дают в нем. Когда уровень масла в расширителе по- нижается, его объем пополняется воздухом, который проходит через трубку 9, прива- ренную ко дну 12 масляного затвора, затем через слои трансформаторного масла 11, отверстие в стенке 8 затвора и далее через решетку с сеткой и слои силикагеля, отбирающего у воздуха влагу. Далее по патрубку 2 и трубе сухой воздух попадает в расшири- тель. При увеличении объема масла в расширителе воздух идет в обратном направлении. Масляный затвор имеет несколько пробок: для заливки транс- форматорного масла в затвор (на рисунке не показана), 13 – для слива отработанного масла, 10 – для слива масла до нормального уровня в затворе. Для визуального контроля за уровнем масла воздухоосушители имеют маслоуказатель (на рисунке не показан). Силикагель в осу- шителе периодически меняют. Признаком его увлажнения и необ- ходимости замены служит изменение цвета силикагель-индикатора с голубого на розовый. Наблюдение за его цветом ведут через стек- ло в крышке патрона. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН  За рубежом и в нашей стране начинает широко внедряться конструкция механических предохранительных клапанов вместо выхлопных труб. Выхлопные трубы устанавливают на крышке трансформатора, а предохранительные клапаны устанавливают чаще всего на верхней части бака. Эти клапаны рассчитаны на давление 810412103 Па, при котором начинается их срабатывание (открытие), и давление 35103 Па, при котором начинается их закрытие. Обычно время срабатывания предохранительного клапана, т.е. разница во времени от момента достижения в бакедавления 8104 Па до момента начала движения уплотнительного диска, равно примерно 0,05 с. Принцип работы клапана показан на рис. 9.10. Возника- Р и с. 9.10. Крепление предохрани- тельного клапана: 1 – корпус; 2 – уплотнительный диск; 3 – рычаг; 4 – система пружин; 5 – фланец бака; 6 – резиновая манжета; 7 – боковая крышка; 8 – направляющая; 9 – крепящие болты; 10 – крышка верхняя; 11 – стенка бака ющее в баке давление заставляет уплотнительный диск переме- щаться по направляющим и через систему рычагов растягивать пружины. Масло через нижнее отверстие корпуса устремляется из бака. После сброса давления в баке трансформатора система рыча- гов и пружин возвращает уплотнительный диск на прежнее место, прижимая его к резиновой манжете. Предохранительный клапан установлен в верхней части стенки бака на фланце и закреплен на нем при помощи болтов. Регулирование пружин предохранитель- ного клапана осуществляется прокладкой специальных шайб под пружины. Чтобы, не снимая клапана с трансформатора, произвести его регулирование и осмотр, снимают крышку, так как крышка все- гда находится под давлением. Число клапанов, устанавливаемых на трансформаторе, обычно бывает более двух, а высота их установки не ниже 2-3 м от максимального уровня масла в расширителе. ВВОДЫ МАСЛЯНОГО ТРАНСФОРМАТОРА Вводы представляют собой фарфоровые изоляторы, через внутреннюю полость которых проходит токоведущий стержень, и служат для вывода концов обмоток из трансформаторов наружу для подключения их к сети. Вводы устанавливают на крышке, реже – на боковой стенке бака. Внутри трансформатора ввод соединяют с обмоткой, а снаружи – с электросетью. Внешняя конфигурация и размеры вводов зависят от класса напряжения, рода установки и значения тока. Вводы для внут- ренней установки имеют гладкую поверхность, для наружной уста- новки (работающие в тяжелых атмосферных условиях – под до- ждем, снегом, в загрязненном воздухе) отличаются более развитой наружной поверхностью (наличие зонтообразных ребер), в резуль- тате чего увеличиваются путь поверхностного разряда по фарфору и электрическая прочность ввода. Исходя из допускаемой плотности тока в токоведущем стержне (2-4 А/мм2), определяемой его нагревом, и размера фарфорового изолятора, зависящего от класса напряжения, вводы на большие номинальные токи и напряжения имеют и большие размеры и мас- су. Для облегчения токоведущие стержни вводов 35 кВ на токи 4000 А и больше выполняют полыми (из медных труб). Вводы изготовляют на номинальные напряжения 0,5; 1; 6; 10; 15; 20; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750 кВ и выше и токи 100; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2000; 2500; 4000 А и более. На номинальные напряжения от 0,5 до 35 кВ включительно применяют съемные (разборные) вводы, конструкция которых поз- воляет заменять фарфоровый изолятор (в случае его повреждения) без подъема активной части трансформатора или верхней части ба- ка колокольного типа. В эксплуатации это одно из основных пре- имуществ ввода. Все съемные вводы (за небольшим исключением) являются маслоподпорными, т.е. после установки внутренняя по- лость их заполняется трансформаторным маслом (или другим жид- ким диэлектриком) из бака трансформатора. Установлены обозначения съемных вводов, состоящие из букв и цифр. Буквы означают: В – ввод; С – съемный; Т – трансформатор- ный; А и Б – категории оборудования; У – исполнение для умеренного климата: ХЛ – холодного, Т – тропического. Цифры в числителе ука- зывают номинальное напряжение в киловольтах, в знаменателе – но- минальный ток в амперах, после дроби ставятся следующие цифры: I – разборное соединение стержня ввода с обмоткой (гайками); 2 – нераз- борное (сварное) соединение. Устройство ввода на напряжение 35 кВ и ток 3000 А показано на рис. 9.11. Медный стержень 14проходит че- рез отверстие фарфорового изолятора 13. Верхний конец стержня уплотнен резиновым кольцом 6, втулкой 5 и гайкой 4. Стержень 14бортиком опирается через электрокартонную шайбу 11на уступ изо- лятора 10, а выступами входит в вертикальные пазы изолятора, что позволяет ему проворачиваться при завинчивании гаек. Резиновая прокладка 9 уплотняет разъем между колпаком 7 и верхним торцом изолятора, а прокладка 19– стык между крышкой и изолятором в результате подтягивания гаек на шпильках 15, при- варенных к крышке.  Р и с. 9.11. Изолятор Для подсоединения к электросети стержень в верхней части имеет контактный наконечник 1с болтами 2и 3(с гайками и шайбами), ко- торый навинчивают на стержень и закрепляют болтами. При токах менее 800 А для подсоединения ввода к внешней сети стержень снаб- жен вместо наконечника гайками и шайбами, гетинаксовая втулка 21служит для установки по оси, шайбы и гайки – для подсоединения демпферов внутри бака, а винт, ввинченный в латунный колпак, – для спуска воздуха из ввода при заполнении его маслом. Ввод крепят к крышке прижимными кулачками 18. Фланец 17служит для того, что- бы кулачки не смещались с борта изолятора. Масло поступает во ввод под напором из бака трансформатора через зазоры между изолятором, гетинаксовой втулкой и стержнем. По мере заполнения изолятора маслом воздух вытесняется через отверстие предварительно вывернутого винта. Вводы на напряжение 35 кВ имеют дополнительную изо- ляцию стержня в виде надетой на него бумажно-бакелитовой труб- ки. При прохождении по стержню ввода тока порядка сотен ампер вокруг него создается значительное магнитное поле, при этом воз- никающие в стальном фланце ввода и крышке трансформатора вихревые токи могут нагреть их выше допустимой температуры. Во избежание этого при больших токах вместо стальных или чугунных фланцев, имеющих значительную магнитную проницаемость, при- меняют латунные или фланцы из других немагнитных материалов. Кроме того, уменьшение нагрева крышки достигается тем, что для установки вводов (например, НН) в крышке вырезают общее отверстие или между отверстиями каждого ввода прорезают узкие щели и заваривают их диамагнитным электродом. В этих случаях магнитные потоки вводов вынуждены замыкаться по общему кон- туру: при двух вводах с разным направлением токов магнитные по- токи компенсируются как противоположно направленные; при трех вводах трехфазной системы суммарный магнитный поток равен ну- лю, поскольку сумма мгновенных значений токов, а следовательно, магнитных потоков трехфазной системы равна нулю. ТЕРМОСИФОННЫЙ ФИЛЬТР Для ограничения старения трансформаторного масла и продле- ния междуремонтного срока работы трансформаторов применяются термосифонные фильтры, служащие для непрерывной регенерации масла в работающих трансформаторах. В связи со снижением стабильности масел термосифонные фильтры нашли широкое применение в эксплуатации; их установка входит в обязательную поставку заводов-изготовителей для трансформаторов мощностью 1800 кВ∙А и выше. Устройство и расположение термосифонного фильтра схематически представлено на рис. 9.12.  Р и с. 9.12. Устройство и расположение термосифонного фильтра (стрелкой показано направление движения масла): 1 – стенка бака; 2 – сердечник; 3 – радиаторный кран; 4 – корпус фильтра; 5 –дно с отверстиями; 6 – сетка; 7 – силикагель; 8 – пробка для выпуска воздуха; 9– контрольная пробка Работа фильтра основана на так называемом термосифонном принципе и заключается в том, что горячее масло в трансформа- торном баке проходит через трубчатый или радиаторный охлади- тель, идя сверху вниз и охлаждаясь, поступает в нижнюю часть ба- ка, где под действием конвекционного теплового потока вновь под- нимается вверх, охлаждая нагретые части трансформатора. Термо- сифонный фильтр присоединяется параллельно охладителю, и че- рез фильтр так же, как и через охладитель, только с несколько меньшей скоростью, проходит поток трансформаторного масла. Проходя через адсорбер, последнее отдает продукты окисления. В качестве адсорбента – вещества, способного поглощать продукты старения масла за счет сильно развитой пористости, – применяется силикагель или активированная окись алюминия. Размеры зерна для уменьшения сопротивления потоку масла должны быть от 2 до 7 мм, а высота фильтра – не более 1500 мм. Длительность полного цикла оборота всего объема масла при пра- вильно выбранном объеме фильтра – около 30 суток. При этих условиях скорость движения масла не превышает 15 м/час. Количество силикагеля и, следовательно, объем термоси- фона должны составлять 1% веса масла при насыпном весе силика- геля 0,5 кг на 1 дм3 объема. Для установки термосифонного фильтра в современных транс- форматорах предусматриваются специальные патрубки с кранами ра- диаторного типа. При решении вопроса о месте и способе установки термосифонного фильтра на трансформаторах старых выпусков, где такая установка не была предусмотрена, основным условием является обеспечение охлаждения трансформатора, поэтому часто встречаю- щаяся установка термосифонного фильтра за счет снятия одного ради- атора охлаждения может быть допущена как исключение и только при условии тщательной расчетной и экспериментальной проверки. Сле- дует учесть, что такая установка фильтра ведет к ухудшению отвода тепла и повышению температуры масла. Это, в свою очередь, вызыва- ет более интенсивное старение масла и часто приводит к общему со- кращению срока работы трансформатора. |