Конструктивные особенности основных узлов трансформаторов

Конструкторские решения, принятые передовыми зарубежными фирмами, заключаются в следующем. Магнитопровод - планарный, ступенчатый, с косыми стыками во всех углах из холоднокатаной рулонной стали типаHi-B с удельными потерями при Р1,5/50 = 0,8-0,9 Вт/кг.

Усовершенствованием в области конструктивного исполнения магнитопровода является решение, примененное фирмой Trafo - Union в серии трансформаторов Tumetik. Оно сводится к использованию прямоугольного бесступенчатого сечения ярма и стержня, что позволило, не изменяя технических параметров, на 25 -30% снизить трудозатраты при изготовлении трансформатора и на 3- 6% массу магнитопровода за счет уменьшения межосевого расстояния.

Передовые европейские фирмы для распределительных трансформаторов используют только планарные шихтованные магнитопроводы с косыми стыками во всех углах. Фирмы идут по пути применения более высококачественной трансформаторной стали и снижения производственных затрат при изготовлении магнитопроводов, используя высокоавтоматизированные линии по производству пластин, шихтовке магнитопроводов (без верхнего ярма). Основным производителем этих линий является фирма Georg (ФРГ).

Фирмы General Electric, Westinghouse (США), Matsuchita (Япония) применяют витые разрезные планарные магнитопроводы с различным исполнением зоны стыка. Трансформаторы фирмы Westinghouse выполнены по Т-образной схеме (Скотта). Схема зоны стыка – «пластина в пластину». Схема шихтовки запатентована фирмой. Благодаря ей снижается плотность потока индукции в области стыка, а также на 10 -15% потери холостого хода. Трансформаторы фирмы собираются из двух однофазных броневых трансформаторов.

Фирмы Японии применяют разрезные витые магнитопроводы с резом по типу трансформаторов малой мощности (серия ОСМ) с травлением и полировкой зоны стыка Технологическое оборудование, применяемое фирмами США, разработано и изготовлено фирмой Georg.

По расходу активных материалов трансформаторы Т-образной схемы уступают трехфазной планарной шихтованной конструкции. При одинаковом уровне Рх.х. , РК,З, трансформаторы Т-образной схемы проигрывают 18 -25% массы активных материалов.

Материал обмоток медный и алюминиевый провод круглого и прямоугольного сечения. Изоляция провода для малых мощностей — эмаль, для больших - кабельная бумага

В обмотках низкого напряжения для мощностей более 250 кВ · А применяется алюминиевая лента. Использование ленты позволило решить проблему изготовления прямоугольной обмотки, улучшить ее электрическую прочность, снизить производственные затраты. Для решения проблемы динамической стойкости катушек прямоугольной формы в качестве межслоевой изоляции применена кабельная бумага с двухсторонним ромбовидным клеющим покрытием. Покрытие окончательно полимеризуется в процессе сушки трансформатора, обмотка становится монолитной и динамически устойчивой.

Для трансформаторов мощностью менее 250 кВ · А применение ленты нецелесообразно, так как необходима межслоевая изоляция тоньше 0,08 мм. Использование изоляции 2х0,08 мм значительно снижает коэффициент заполнения катушки. Применение синтетических пленок ограничено из-за высокой стоимости.

Современным направлением в конструкции бака является использование гофрированных стенок из тонколистовою (1,0 - 1,2 мм) металла. Применение гофр позволило создать компактный трансформатор с полным заполнением бака маслом герметичного исполнения. Изменение температурных колебаний масла компенсируется эластичностью гофр. Гарантируется нормальная работа трансформатора при всевозможных перегрузках.

Преимущества герметичных трансформаторов с полным заполнением:

·            герметизация масла позволяет отказаться от контроля за ним в процессе эксплуатации;

·            отсутствие контакта масла с окружающей средой увеличивает срок службы изоляции трансформатора;

·            не требуются расширители, и в результате уменьшается высота трансформатора.

Эти преимущества позволяют значительно снизить затраты при эксплуатации распределительных трансформаторов.

Регулировка осуществляется на стороне высокого напряжения. Диапазон регулирования ±5%. Имеется конструкция, позволяющая осуществить перевод трансформатора на другое напряжение. Например, фирма Trafo-Union предлагает трансформаторы с переключением напряжения с 10 на 20 кВ. Основные группы соединений для мощностей до 250 кВ · А - Y/Z - 5, до 630 кВ · А Δ /Y-5, т.е. применяются схемы, имеющие сопротивление нулевой последовательности меньше, чем у трансформаторов со схемой «звезда». Такие схемы при неравномерной нагрузке фаз (что часто бывает в низковольтных сетях) обеспечивают лучший режим за счет снижения величины смещения нейтрали (напряжения нулевой последовательности).

Наряду с обычным исполнением трансформаторов с фарфоровыми изоляторами ВН и НН зарубежные фирмы расширяют выпуск трансформаторов для подсоединения кабелей с так называемыми штекерными (втычными) контактами на стороне высшего напряжения. Эта конструкция обеспечивает быстрое и безопасное присоединение кабелей. Трансформаторы предназначены для устройств с ограниченным пространством (например, для подземных подстанций).

Технические характеристики трансформаторов зарубежных фирм

Минимальная мощность трехфазных распределительных трансформаторов при анализе каталогов фирм ASEA (Швеция), Trafo-Union (ФРГ), Transimel (Франция) составляет 50 кВ·А. Трансформаторы мощностью 25 кВ·А ни одна из фирм не выпускает. Фирмы выпускают трансформаторы мощностью (50)*, (75), 100 (125), 160 (200), 250 (315), 400 (500), 630 кВ·А. Технические данные трансформаторов мощностью 250 кВ·А различных фирм приведены в табл. 1.

Таблица 1

* Трансформаторы мощностью, указанной в скобках, выпускаются но требованию потребителей

Интересен подход фирм к техническим характеристикам (потери холостого хода и короткого замыкания), который выясняется при анализе предлагаемых фирмой Trafo-Union исполнений трансформаторов мощностью 250 кВ • А (на напряжение 10 кВ) серии Tninetik (табл. 2).

Таблица 2

Из табл. 2 видно, что фирмой выпускается шесть типоисполнений трансформатора одной мощности. Изменение соотношений потерь короткого замыкания и холостого хода колеблется от 5 до 11,7. Соотношения четко показывают, что в зависимости от графика нагрузки и стоимости потерь потребитель может выбрать удовлетворяющий его с точки зрения экономики трансформатор. Анализ массовых характеристик свидетельствует о том, что трансформатор с различным соотношением потерь конструируется с различным вложением активных материалов, изменяющимся в пределах 25%,

Вложение активных материалов на 1 кВ·А установленной мощности трансформатора изменяется от 2,28 до 2,68 кг/ кВ·А , диапазон изменения потерь холостого хода 650 -380 Вт (78%), короткою замыкания 4450— 3250 Вт (36%) [4. 5, 6].

Новые направления в зарубежных разработках

Прогресс в разработках трансформаторов массовых серий в значительной степени определяется созданием новых и совершенствованием широко используемых изоляционных и магнитных материалов. Существенное улучшение характеристик магнитопроводов ожидается за счет внедрения аморфных сплавов (АС) с величиной удельных потерь, составляющих 25—30% от потерь в обычной стали. Исследования аморфных магнитных материалов начались в конце 60-х годов. Первый изготовитель аморфных лент фирма Allied Signal (США). В 70-е годы она выпускала ленты толщиной 30 50 мкм и шириной около 100 мм. В настоящее время получены ленты шириной до 300 мм. Фирма работает над увеличением толщины за счет спрессовывания тонких лент. Уже получен материал толщиной 0,25 и 0.2М мм. Аморфные ленты изготовляются при охлаждении расплава со скоростью 106 ° С/с на быстровращающемся охлаждаемом барабане (см. рисунок). Установка производительностью 10 тыс.т в год имеет размеры 9 х16 х 9 м. Стоимость изготовления материала в 1972 г. составляла 150 долл. за I кг, к настоящему времени снижена до 3,3 долл. за 1кг.

Схема установки для получения аморфных лент. 1 - индукционная печь для планки металла; 2 — резервуар для металла; 3 — дозировочный аппарат; 4 - вращающийся барабан; 5 - полученная и в течение 1 мс аморфная лента; 6 — контрольные приборы; 7 - намотка ленты на барабан.

Ведущими по производству аморфных сплавов являются фирмы Allied Signal (США), Кгuрр и Vacuumschmelre (ФРГ), Hitachi Metals (Япония). Создана совместная японо-американская фирма Nippon Amorhous Metals. Наиболее широко в магнитопроводах трансформаторов используются две марки аморфного сплава: Metglas 2605S-2 и Metglas 2605SC.

Технические данные

Отжиг производится в среде инертного газа при воздействии магнитного ноля напряженностью 800 А/м. В связи с более низкой индукцией насыщения аморфного материала (не более 1,6 Тл) его рабочая индукция снижена до 1 ,3 -1,4 Тл. Однако при растущей в последнее время стоимости энергии (и соответственно потерь) наблюдается тенденция к снижению индукции и в обычных распределительных трансформаторах (особенно и США, где распространены трансформаторы небольшой мощности, устанавливаемые на мачтах распределительной сети). Помимо указанных свойств аморфные ленты обладают значительной твердостью (63 - 80 ед. по Роквеллу), хотя имеют достаточную эластичность и гибкость.

В связи с малой толщиной аморфный материал наиболее пригоден для витой конструкции магнитопровода, т.е. для трансформаторов малой мощности и распределительных. Магнитопроводы из аморфных сплавов имеют малый коэффициент заполнения сечения (0,8- 0,85) по сравнению с чтим коэффициентом у обычной электротехнической стали (около 0,96), что приводит к увеличению сечения магнитопровода. При недостаточной ширине ленты можно выполнить магнитопровод со стыкованными по ширине пакетами. В табл. 3 приведены прототипы трансформаторов с магнитопроводами из аморфного материала, изготовленные различными фирмами. Наибольшее количество трансформаторов (партию в 1000 шt ) изготовила фирма General Еlectric. В табл. 4 приведены сравнительные характеристики трансформаторов мощностью 25 кВ · А с магнитопроводами из аморфных лент и обычной электротехнической стали марки М-4.

Таблица 3

Таблица 4

В Институте электрических машин и трансформаторов (ПНР) выполнены расчеты серии трансформаторов мощностью 100, 250, 400 и 630 кВ · А сочетание напряжений 20 ± 1/0,4 кВ, схема соединения Δ/Y 5. При проектировании использовались аморфные ленты из Metglas 2605, витая конструкция магнитопроводов со ступенчатым сечением стержня, коэффициентом заполнения 0,85 и номинальной индукцией 1 ,3 Тл; данные напряжения короткого замыкания и потерь при нагрузке использованы как в обычных трансформаторах равной мощности, изготовляемых в ПНР. В табл 5 приведены параметры серии трансформаторов 100- 630 кВ · А с магнитопроводами из аморфного сплава Metglas 2605 и обычной ориентированной электротехнической стали (ЭС). При индукции 1,3 Тл и применении АС масса активных материалов на 30% больше, чем при использовании обычной электротехнической стали. Оптимальное отношение массы магнитного материала к сумме активных материалов составляет 72 - 74% .

Таблица 5

Страницы: 1, 2, 3, 4