Силовий трансформатор

Підведення напруги живлення та підключення навантаження до трансформатора проводиться за допомогою так званих "виводів ". Виводи у сухих трансформаторах може бути виведено на клемну колодку у вигляді болтових контактів, або з'єднувачів з плоскими контактами і можуть розміщуватися як зовні так і всередині знімного корпусу. У масляних (або заповнених синтетичними рідинами) трансформаторах виводи розташовуються лише зовні на кришку, або на бічні сторони бака, а передача від внутрішніх обмоток через гнучкі з'єднання (демпфери) на мідні або латунні шпильки з наріззю. Ізолювання шпильок від корпусу здійснюється за допомогою прохідних ізоляторів (виготовляються зі спеціальної порцеляни або пластмаси), усередині яких проходять шпильки. Защільнення всіх зазорів у виводах здійснюється прокладками з маслобензостійкої гуми.

Виводи трансформаторів за конструктивним виконанням поділяються на:

• виводи з головною ізоляцією порцелянової покришки;
• виводи з маслобар'єрною ізоляцією;
• конденсаторні прохідні ізолятори;
• виводи з паперово-масляною ізоляцією;
• виводи з RIP-ізоляцією (англ. resin impregnated paper — папір просочений смолою) (з пустотілим ізолятором або з прямим литтям ізолятора);
• виводи з елегазовою ізоляцією.

Охолоджувальне устаткування забирає гаряче масло (оливу) у верхній частині бака і повертає охолоджене масло у нижню бічну частину. Холодильний агрегат має вигляд двох масляних контурів з непрямою взаємодією, один внутрішній і один зовнішній контур. Внутрішній контур переносить енергію від нагрітих поверхонь до масла. У зовнішньому контурі масло переносить тепло до вторинного охолоджувального середовища. Трансформатори зазвичай охолоджуються атмосферним повітрям.

Види охолоджувачів:

1. Радіатори, бувають різних типів. В основному вони утворюються системою пласких каналів у пластинах з торцевим зварним швом, які сполучають верхній і нижній колектори.
2. Гофрований бак є одночасно і баком і охолоджувальною поверхнею для розподільних трансформаторів малої та середньої потужності. Такий бак має кришку, гофровані стінки бака і нижню коробку.
3. Вентилятори.Для великих вузлів можливе використання підвісних вентиляторів під радіаторами або збоку від них для забезпечення примусового руху повітря і природного масляного і примусового повітряного охолодження. Це може збільшити навантажувальну здатність трансформаторів приблизно на 25 %.
4. Теплообмінники з примусовою циркуляцією масла, повітря. У великих трансформаторах відведення тепла за допомогою природної циркуляції через радіатори вимагає багато місця. Потреба в просторі для компактних охолоджувачів набагато нижча, ніж для простих радіаторних батарей. З точки зору економії місця може виявитися вигідним використовувати компактні охолоджувачі зі значним аеродинамічним опором, що вимагає застосування примусової циркуляції масла за допомогою насоса і потужних вентиляторів для нагнітання повітря.
5. Масляно-водяні охолоджувачі, зазвичай, виконують у вигляді циліндричних трубчастих теплообмінників зі знімними трубками. Такі теплообмінники знайшли широке застосування і вони вважаються класичними конструкціями.

Більшість трансформаторів обладнано засобами для зміни коефіцієнта трансформації шляхом додавання або відключення числа частини витків обмотки.

Різновиди перемикачів числа витків трансформатора:

1. Перемикачі числа витків без навантаження — перемикачі без збудження (ПБЗ);
2. Перемикачі числа витків під навантаженням — регулювання під навантаженням (РПН)

Дія газового захисту базується на тому, що всякі, навіть незначні, пошкодження, а також підвищені температури всередині бака трансформатора, викликають розкладання масла та органічної ізоляції, що супроводжується виділенням газу. Інтенсивність газоутворення і хімічний склад газу залежать від характеру та розмірів пошкодження. Тому захист виконується так, щоби за повільного газоутворення, подавався попереджувальний сигнал, а за бурхливого газоутворення, що має місце під час коротких замикань, відбувалося відключення пошкодженого трансформатора. Крім того, газовий захист спрацьовує за небезпечного зниження рівня масла в баку трансформатора. Газове реле, зазвичай, встановлюється у сполучній трубці між баком та розширником.

Занадто висока температура всередині бака трансформатора прискорює термічне старіння ізоляції, що у підсумку спричиняє скорочення терміну служби автотрансформатора. Застосування індикаторів температури (термосигналізатор) дозволяє контролювати температуру масла і обмоток і завдяки управлінню групами вентиляторів, підтримувати її на відповідному рівні, а в крайніх випадках — відключати трансформатор.

Трансформатори служать для передачі сигналу вимірювальної інформації приладам вимірювання, захисту, автоматики, сигналізації та управління в електричних установках змінного струму частоти 50 і 60 Гц.

Трансформатори струму можуть розташовуватися усередині силового трансформатора, часто поблизу заземленого рукава на стороні масла прохідних ізоляторів, а також на низьковольтних шинах.

У процесі роботи, всередині масляного трансформатора, з'являється вода і шлам. Шлам в основному утворюється від розкладання масла, вода — як результат попадання повітря під час температурних змін об'єму масла у негерметичних конструкціях бака (так зване «дихання трансформатора»), а також, як побічний продукт під час хімічних реакцій розкладання масла. Тому трансформатори потужностями 160 кВА та вище, забезпечуються пристроями безперервної регенерації масла. Останні поділяються на термосифонні та адсорбційні, відмінність між якими полягає в механізмах транспортування масла крізь них. Термосифонні пристрої монтуються безпосередньо на баку трансформатора. Адсорбційні-ж встановлюються на окремому фундаменті.

У термосифонних пристроях використовується природна циркуляція (при нагріванні масло піднімається вгору, проходячи через термосифонний фільтр, потім охолонувши, опускається на дно бака трансформатора і знову потрапляє у фільтр і т. д.). Термосифонні пристрої безперервної регенерації застосовуються на трансформаторах відносно малих габаритів. За великих габаритів, коли природна циркуляція не може створити потрібну продуктивність, застосовується адсорбційна фільтрація.

В адсорбційних фільтрах масло перекачується примусово за допомогою спеціального циркуляційного насоса.

Ефект регенерації в обох видах пристроїв безперервної регенерації масла ґрунтується на застосуванні в них сорбенту. Найчастіше тут застосовується силікагель у вигляді гранул діаметром від 2,8 до 7 мм, які добре поглинають вологу. Кількість силікагелю розраховується за масою масла трансформатора (від 0,8 до 1,25 %).

Найпоширенішою системою захисту масла є відкритий розширювальний бак, у якому повітря над рівнем масла вентилюється через вологопоглинальний пристрій, у який засипані гранули силікагелю діаметром близько 5мм . При цьому частина цього пристрою розташована зовні і має прозоре вікно, всередині якого знаходиться так званий індикаторний силікагель, просочений солями кобальту. У нормальному стані індикаторний силікагель має блакитне забарвлення, від зволоження, він змінює забарвлення на рожеве, що є сигналом обслуговчому персоналу до заміни всього силікагелю у вологопоглинальному пристрої.

Часто у верхній точці розширювача встановлюють пристрій гідрозатворного типу (масляний затвор), що є першим ступенем осушення повітря, яке надходить в розширювач. Масляний затвор своїм патрубком з'єднаний з розширювачем, а у верхній частині має чашку, приварену до патрубка. Усередині чашки розташовано стінку, котра відокремлює патрубок від чашки зсередини і утворює внутрішній кільцевий канал. Зверху чашка закривається кришкою, що також має на внутрішній стороні стінку. Конструкція перешкоджає щільному закриттю чашки кришкою і створює зазор між ними, крім того внутрішня стінка кришки за фіксації, також має зазор з внутрішньою стінкою, тобто створюється лабіринтова система. Для того, щоб задіяти масляний затвор слід залити в кільцевий канал чашки сухе трансформаторне масло до рівня, вказаного інструкцією, закрити кришкою і зафіксувати останню. Принцип роботи пристрою наступний: повітря, потрапляє у зазор між кришкою і стінкою чашки, потім проходить крізь масло у кільцевому каналі, частково віддаючи вологу в масло, і надходить патрубком у силікагелевий вологопоглинач, а потім — у розширник.

Розширний бак трансформатора може бути оснащений надувною подушкою з синтетичного каучуку розташованою над маслом. Внутрішній простір подушки сполучений з атмосферою, тому вона може «вдихати» повітря, коли трансформатор охолоджується і масло стискається, та «видихати» повітря, коли трансформатор нагрівається. Іншим вирішенням плівкового захисту є розширний бак, який розділено у горизонтальній площині мембраною або діафрагмою, котра дозволяє маслу розширюватись або стискатись без прямого контакту із зовнішнім повітрям.

Простір над маслом в розширному баку можна заповнити азотом. Це можна робити з балона зі стисненим газом через редукційний клапан. Коли трансформатор вдихає, редукційний клапан випускає азот з балона. Коли об'єм збільшується, азот виходить в атмосферу через вентиляційний клапан.

Трансформатори можуть мати герметичне виконання. У малих маслонаповнених розподільних трансформаторах пружний гофрований бак може компенсувати розширення масла. В іншому випадку треба забезпечити простір над маслом всередині трансформаторного бака, заповнений сухим повітрям або азотом, щоб вони виконували роль подушки під час розширення або стиснення масла.

Може використовуватись і поєднання різних рішень.

Покажчики рівня масла застосовуються для визначення рівня масла в розширному баку, як правило, це прилади з циферблатом, або скляна трубка, що працює за принципом сполучених посудин, встановлені прямо на розширному баку з індикацією рівня масла на його торцевій стороні.

Дуговий розряд або коротке замикання, які виникають в маслонаповненому трансформаторі, зазвичай супроводжуються створенням надвисоких тисків у баку через газ, що виділяється при розкладанні і випаровуванні масла. Пристрій скидання тиску призначений для зниження рівня цього тиску, а отже, зменшення ризику розриву бака і неконтрольованого витоку масла, який може також ускладнитися загорянням від електричної дуги. Згідно з ГОСТ 11677-75>[4]. масляні трансформатори 1000 кВА та вище, повинні бути забезпечені захисним пристроєм за аварійного підвищення тиску.

Пристрої аварійного скидання тиску мають два основні виконання:

• У вигляді так званої вихлопної труби, що встановлюється з невеликим нахилом на кришці трансформатора і сполучена нижньою частиною з його внутрішнім простором. Верхня частина вихлопної труби (верх труби за рівнем розташований вище верхньої точки розширювача) зазвичай на самому кінці має загин і герметично закрита скляною мембраною, яка у разі різкого підвищення тиску, розколюється і забезпечує аварійне його скидання. Вихлопна труба встановлюється на трансформаторах з розширювачем, хоча треба зауважити, що не всі виробники встановлюють на свої трансформатори вихлопні труби, вважаючи їх малоефективними.
• У вигляді різних конструкцій клапанів. Мала вага тарілки клапана і низька механічна жорсткість пружин закриття забезпечує швидке і широке відкривання. Клапан знову повертається в нормальний закритий стан, коли надлишковий тиск скинуто. Зазвичай клапанні пристрої застосовуються в конструкціях трансформаторів не оснащених розширниками.

Реле раптового підвищення тиску призначено для спрацьовування у разі виникнення пружної масляної хвилі в баку трансформатора за серйозних замикань. Це пристрій здатний розрізняти швидке та повільне наростання тиску і автоматично відключає вимикач, якщо тиск зростає швидше, ніж задано.

Для захисту силових трансформаторів використовуються елементи релейного захисту та автоматики, на трансформаторах для напруг 6/10 кВ частіше використовуються плавкі запобіжники.

Для контролю подавання масла насосами в трансформаторах з примусовим охолодженням, встановлюються масляні витратоміри манометричного типу. Витратоміри також застосовуються для вимірювання витрати води у трансформаторах з водяним охолодженням. Зазвичай, витратоміри обладнано аварійною сигналізацією. Вони також можуть мати циферблатний індикатор.