Охлаждение трансформатора: виды и принцип работы. Система охлаждения д трансформатораВиды охлаждения силовых масляных трансформаторов
В настоящее время в отечественных масляных трансформаторах применяются системы охлаждения, приведенные в табл. 1. Таблица 1. Системы охлаждения масляных трансформаторов применяемые в отечественном трансформаторостроении
Система охлаждения М.
При этом виде охлаждения теплота, выделяющаяся в активной части и элементах металлоконструкции трансформатора, передается путем естественной конвекции маслу, которое, в свою очередь, отдает его в окружающий воздух также путем естественной конвекции и излучения. В трансформаторах небольшой мощности (до нескольких десятков кВ-А) теплоотдающей поверхности баков достаточно для отвода выделяющейся теплоты при нормированном превышении температуры масла. В трансформаторах большей мощности приходится ее искусственно увеличивать путем применения ребристых и трубчатых баков или баков с навесными или выносными радиаторами. Система охлаждения Д.
В трансформаторах мощностью более 6,3—10 MB-А затруднительно развить теплоотдающую поверхность бака в такой мере, чтобы обеспечить заданный уровень нагрева. Это становится понятным, если учесть, что согласно законам роста в серии подобных трансформаторов (т. е. в таких, в которых соответствующие линейные размеры пропорциональны) при постоянстве электромагнитных нагрузок (индукции в магнитопроводе, и плотности тока в обмотках) потери растут пропорционально кубу линейных размеров, тогда как охлаждающие поверхности растут пропорционально квадрату этих размеров. Поэтому приходится принимать дополнительные меры для усиления охлаждения путем обдува радиаторов вентиляторами. Тем самым увеличивается в 1,5—2 раза коэффициент теплопередачи и соответственно теплосъем радиаторов. При снижении температуры верхних слоев масла до 50С, если при этом ток нагрузки меньше номинального, вентиляторы отключаются. Система охлаждения МЦ.Эта система охлаждения в отечественной промышленности применяется редко. При такой системе благодаря принудительной циркуляции масла с помощью насоса достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака трансформатора и снижение температуры верхних слоев масла. Система охлаждения ДЦ.
В трансформаторах мощностью около 100 MB-А и более выделяющиеся потери настолько значительны, что для их отвода приходится применять специальные масляно-воздушные охладители, обдуваемые вентиляторами и оснащенные насосами для принудительной циркуляции масла. Для увеличения эффективности обдува трубы в таких охладителях имеют сильно развитую ребристую наружную поверхность. Благодаря принудительной циркуляции масла достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака. Разница температуры масла вверху и внизу бака составляет в данном случае менее 10°С, в то время как при естественной циркуляции она достигает 20—30°С. Выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью охладители имеют теплосъем 160—180 кВт. В случае отключения системы охлаждения трансформаторы могут оставаться включенными очень непродолжительное время, так как теплоотдающей поверхности бака недостаточно даже для отвода потерь холостого хода. Недостатком такой системы охлаждения является то, что теплоотдача от обмоток к маслу остается практически такой же, как и при естественной конвекции, так как принудительная циркуляция масла происходит только в зоне между наружной обмоткой и стенкой бака трансформатора. Система охлаждения MB.В отечественном трансформаторостроении эта система охлаждения не получила широкого распространения. Для охлаждения масла используется вода, циркулирующая в трубах, размещенных в верхней части бака, в зоне наиболее горячего масла. Вода прогоняется по трубам с помощью насосов. Система охлаждения Ц.
Эта очень эффективная и компактная система охлаждения применяется для мощных трансформаторов тогда, когда имеется достаточное количество воды (гидростанции, очень мощные тепловые станции). Она позволяет отказаться от системы охлаждения ДЦ, которая при очень большой мощности трансформаторов становится достаточно громоздкой. Эта система охлаждения основана на применении масляно-водяных охладителей с гладкими или оребренными трубами и движением воды по трубам, а масла — в межтрубном пространстве. Благодаря конструктивным мероприятиям обеспечивается зигзагообразное движение масла в охладителе с поперечным обтеканием трубок. Большой теплосъем (до 1000 кВт и более) и малые габаритные размеры масляно-водяных охладителей достигаются благодаря увеличению коэффициента теплоотдачи от стенки трубы при охлаждении ее водой. При отключении этой системы охлаждения, как и при системе ДЦ, трансформаторы могут оставаться в работе также очень ограниченное время. Недостаток этой: системы охлаждения в части интенсивности охлаждения обмоток тот же, что и системы охлаждения ДЦ. Системы охлаждения с направленной циркуляцией масла в обмотках НДЦ и НЦ.Улучшить охлаждение обмоток и обеспечить при этом более равномерное распределение в них температуры можно путем создания принудительной (направленной) циркуляции масла в охлаждающих каналах обмоток с требуемой скоростью, обеспечивающей необходимый температурный режим. Здесь возможны два варианта исполнения — с одноконтурной и двухконтурной схемами циркуляции масла. В первом варианте масло, забираемое из верхней части бака, проходит через масляно-воздушные или масляно-водяные охладители и подается в обмотки. Во втором варианте кроме контуров охлаждения масла, аналогичных системам ДЦ или Ц, существуют независимые контуры охлаждения обмоток, причем масло, забираемое насосом из верхней части бака, подается, минуя охладители, в нижнюю часть бака и далее в контуры охлаждения обмоток. Второй вариант исполнения системы охлаждения несколько сложнее и дороже.Эта система охлаждения позволяет при необходимости (например, в трансформаторах предельных мощностей) повысить электромагнитные нагрузки, но она усложняет конструкцию изоляции и обмоток, а также технологию сборки и испытаний трансформаторов (необходимы гидравлические испытания контуров циркуляции масла в обмотке). Поэтому такие системы применяются в отечественном трансформаторостроении для трансформаторов мощностью 400 MB-А и выше. Ещё по теме:silovoytransformator.ru Сравнение различных систем охлаждения трансформаторовВыбор системы охлаждения трансформатора определяется многими факторами. Применение той или иной системы в первую очередь зависит от мощности трансформатора, а следовательно, от величины потерь энергии в нем. В разных странах применяются различные системы охлаждения трансформаторов. В таблице ниже приведены применяемые системы охлаждения и их условные обозначения. Комбинированную систему охлаждения OA/FA; OA/FA/FA и др. применяют для повышения номинальной мощности трансформатора. Например, трансформатор при естественном охлаждении имеет мощность 120 МВА, при включении первой ступени дутьевого охлаждения 160 МВА и при включении второй ступени 200 МВА. Комбинированная система может также применяться для интенсивного охлаждения при повышенной температуре окружающего воздуха или для повышения мощности трансформатора лишь в периоды максимумов нагрузки. С ростом номинальной мощности охлаждающая поверхность растет медленнее, чем объем и потери трансформатора. Поэтому при больших мощностях естественная циркуляция масла становится недостаточной для охлаждения трансформатора, и необходимо применять принудительную циркуляцию масла при помощи насосов.
Система охлаждения МПри этом виде охлаждения теплота, выделяющаяся в активной части и элементах металлоконструкции трансформатора, передается путем естественной конвекции маслу, которое, в свою очередь, отдает его в окружающий воздух также путем естественной конвекции и излучения. В трансформаторах небольшой мощности (до нескольких десятков кВА) теплоотдающей поверхности баков достаточно для отвода выделяющейся теплоты при нормированном превышении температуры масла. В трансформаторах большей мощности приходится ее искусственно увеличивать путем применения ребристых и трубчатых баков или баков с навесными или выносными радиаторами. В трансформаторах мощностью более 6,3—10 MBА затруднительно развить теплоотдающую поверхность бака в такой мере, чтобы обеспечить заданный уровень нагрева. Это становится понятным, если учесть, что согласно законам роста в серии подобных трансформаторов (т. е. в таких, в которых соответствующие линейные размеры пропорциональны) при постоянстве электромагнитных нагрузок (индукции в магнитопроводе, и плотности тока в обмотках) потери растут пропорционально кубу линейных размеров, тогда как охлаждающие поверхности растут пропорционально квадрату этих размеров. Поэтому приходится принимать дополнительные меры для усиления охлаждения путем обдува радиаторов вентиляторами. Тем самым увеличивается в 1,5—2 раза коэффициент теплопередачи и соответственно теплосъем радиаторов. При снижении температуры верхних слоев масла до 50С, если при этом ток нагрузки меньше номинального, вентиляторы отключаются. Система охлаждения МЦ Эта система охлаждения в отечественной промышленности применяется редко. При такой системе благодаря принудительной циркуляции масла с помощью насоса достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака трансформатора и снижение температуры верхних слоев масла. Система охлаждения ДЦВ трансформаторах мощностью около 100 MBА и более выделяющиеся потери настолько значительны, что для их отвода приходится применять специальные масляно-воздушные охладители, обдуваемые вентиляторами и оснащенные насосами для принудительной циркуляции масла. Для увеличения эффективности обдува трубы в таких охладителях имеют сильно развитую ребристую наружную поверхность. Благодаря принудительной циркуляции масла достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака. Разница температуры масла вверху и внизу бака составляет в данном случае менее 10°С, в то время как при естественной циркуляции она достигает 20—30°С. Выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью охладители имеют теплосъем 160—180 кВт. В случае отключения системы охлаждения трансформаторы могут оставаться включенными очень непродолжительное время, так как теплоотдающей поверхности бака недостаточно даже для отвода потерь холостого хода. Недостатком такой системы охлаждения является то, что теплоотдача от обмоток к маслу остается практически такой же, как и при естественной конвекции, так как принудительная циркуляция масла происходит только в зоне между наружной обмоткой и стенкой бака трансформатора. Система охлаждения MB В отечественном трансформаторостроении эта система охлаждения не получила широкого распространения. Для охлаждения масла используется вода, циркулирующая в трубах, размещенных в верхней части бака, в зоне наиболее горячего масла. Вода прогоняется по трубам с помощью насосов. Система охлаждения Ц Эта очень эффективная и компактная система охлаждения применяется для мощных трансформаторов тогда, когда имеется достаточное количество воды (гидростанции, очень мощные тепловые станции). Она позволяет отказаться от системы охлаждения ДЦ, которая при очень большой мощности трансформаторов становится достаточно громоздкой. Эта система охлаждения основана на применении масляно-водяных охладителей с гладкими или оребренными трубами и движением воды по трубам, а масла — в межтрубном пространстве. Благодаря конструктивным мероприятиям обеспечивается зигзагообразное движение масла в охладителе с поперечным обтеканием трубок. Большой теплосъем (до 1000 кВт и более) и малые габаритные размеры масляно-водяных охладителей достигаются благодаря увеличению коэффициента теплоотдачи от стенки трубы при охлаждении ее водой. При отключении этой системы охлаждения, как и при системе ДЦ, трансформаторы могут оставаться в работе также очень ограниченное время. Недостаток этой: системы охлаждения в части интенсивности охлаждения обмоток тот же, что и системы охлаждения ДЦ. Системы охлаждения с направленной циркуляцией масла в обмотках НДЦ и НЦУлучшить охлаждение обмоток и обеспечить при этом более равномерное распределение в них температуры можно путем создания принудительной (направленной) циркуляции масла в охлаждающих каналах обмоток с требуемой скоростью, обеспечивающей необходимый температурный режим. Здесь возможны два варианта исполнения — с одноконтурной и двухконтурной схемами циркуляции масла. В первом варианте масло, забираемое из верхней части бака, проходит через масляно-воздушные или масляно-водяные охладители и подается в обмотки. Во втором варианте кроме контуров охлаждения масла, аналогичных системам ДЦ или Ц, существуют независимые контуры охлаждения обмоток, причем масло, забираемое насосом из верхней части бака, подается, минуя охладители, в нижнюю часть бака и далее в контуры охлаждения обмоток. Второй вариант исполнения системы охлаждения несколько сложнее и дороже.Эта система охлаждения позволяет при необходимости (например, в трансформаторах предельных мощностей) повысить электромагнитные нагрузки, но она усложняет конструкцию изоляции и обмоток, а также технологию сборки и испытаний трансформаторов (необходимы гидравлические испытания контуров циркуляции масла в обмотке). Поэтому такие системы применяются в отечественном трансформаторостроении для трансформаторов мощностью 400 MBА и выше. www.consultelectro.ru Системы охлаждения трансформаторов и их обслуживание
СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ОБСЛУЖИВАНИЕ ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВПри работе трансформатора выделяются значительные тепловые потери: в магнитопроводе, связанные с перемагничивание и вихревыми токами в стали; джоулевы потери в обмотках; добавочные потери в деталях конструкции из-за вихревых токов, наведенных потоками рассеяния. Тепло, выделяющееся в проводниках обмоток и магнитопроводе, передается наружным поверхностям за счет теплопроводимости. Передача тепла от наружных поверхностей к маслу происходит путем конвекции.Масло, нагреваясь теплом, выделившимся в обмотках и магнитопроводе, поднимается вверх, под крышку трансформатора, где оно имеет наиболее высокую температуру, Вслед поднимающемуся маслу снизу идет масло, охлажденное у стенок бака трансформатора и в радиаторах. Горячее масло сверху замыкает циркуляцию, опускаясь вниз и постепенно охлаждаясь, отдавая тепло наружным поверхностям, которые в свою очередь отдают тепло охлаждающему воздуху.Для трансформаторов небольшой и средней мощности (до 6000 кВА) применяют систему охлаждения М с естественной циркуляцией масла и воздуха. На баке таких трансформаторов крепятся радиаторы, состоящие из коллекторов с приваренными к ним трубами.При большой мощности периметр бака недостаточен для дальнейшего увеличения числа радиаторов, поэтому используется форсировка охлаждения. Применяется система охлаждения Д с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха с помощью вентиляторов, установленных между пучками трубок радиаторов и создающих дутье (Д) (ряс, 2.6). У самых мощных трансформаторов система охлаждения Д не может обеспечить отвода выделяющегося тепла. Поэтому переходят к системе охлаждения Ц с принудительной циркуляцией масла и воды или к системе ДЦ с принудительной циркуляцией масла и воздуха. С помощью насосов масло прокачивают через охладители, в которых оно в первом случае принудительно охлаждается водой, во втором – воздухом. Система охлаждения Ц более эффективна и применяется на ТЭС и ГЭС (рис. 7).При включении трансформатора без охлаждения или при отключении устройства охлаждения происходят быстрое повышение температуры верхних слоев масла и нагрев отдельных деталей трансформатора, который за короткое время может достигнуть недопустимых пределов и привести к аварии. Поэтому схема управления охлаждающими устройствами типа Ц и ДЦ должна обеспечивать автоматическое включение устройств охлаждения одновременно с включением трансформатора в сеть, а также включение первой группы охладителей при достижении 75 % номинальной нагрузки и второй – при нагрузке выше 75 %. Следует отметить, что при включении трансформатора из ремонта при минусовой температуре происходит замораживание воды в маслоохладителе и включение циркуляции масла в таких случаях может привести к повреждению трансформатора.
Для своевременного принятия мер по исправлению повреждений в системе принудительного охлаждения трансформаторы должны быть оборудованы сигнализацией о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды, останове вентиляторов дутья, включении резервного источника питания, включении резервного охладителя, без чего эксплуатация трансформаторов не допускается.Трансформаторы с охлаждением вида Д могут работать с отключенным дутьем, когда нагрузка меньше номинальной и температура верхних слоев масла меньше +55°, при минусовых температурах окружающего воздуха и при температуре масла не выше +45°. Дутьевое охлаждение должно включаться автоматически при достижении температуры масла +55°С или при достижении номинальной нагрузки.Для того чтобы в системе охлаждения вида Ц в масло не попадала вода, необходимо постоянное превышение давления масла в любой точке маслоохладителя над давлением воды в статическом и динамическом режимах. Поэтому при включении трансформаторов с масловодяным охлаждением сначала включается масляный насос, затем водяной. При отключении – наоборот, сначала останавливается водяной насос, затем масляный.Зимой перед пуском воды в охладитель необходимо прогреть масло до +15°С для предотвращения ее замерзания и повреждения труб охладителя. Кроме того, для защиты системы охлаждения зимой от замораживания спускают воду из охладителей при отключении трансформатора, утепляют ее. Целесообразно располагать охладители в помещении с положительной температурой.При выводе трансформатора с охлаждением вида ДЦ из работы в резерв никаких операций с вентиляторами в системе охлаждения и ключами управления в шкафу управления электродвигателями производить не требуется.При выводе трансформатора с масловодяным охлаждением (Ц) на длительный ремонт закрывают все задвижки и открывают краны для спуска воды.Текущий ремонт систем охлаждения Д, Ц, ДЦ производят ежегодно. Ещё по теме:silovoytransformator.ru Сборка системы охлаждения типа Д / Справка / EnergoboardРадиаторы системы охлаждения Д перед установкой промывают чистым сухим трансформаторным маслом, испытывают при избыточном давлении и навешивают на бак в той же последовательности, как и при системе М, обычно с помощью автомобильного крана. Для этого снимают с радиаторных кранов, установленных на баке, заглушки и подводят радиаторы к выступающим из крана шпилькам так, чтобы они вошли в отверстия фланцев радиатора вверху и внизу. Затем поочередно навешивают их на бак и крепят так, как было указано ранее. Далее приступают к монтажу демонтированной при разборке системы обдува радиаторов: крепят к стенкам бака кронштейны для установки дутьевых вентиляторов, прокладывают кабели, монтируют аппаратуру и собирают схему подключения ее к электросети. На рис. 27 показана типовая электрическая схема системы охлаждения Д трансформатора. Она трехфазная, выполнена в виде кольцевой магистрали 1, образуемой соединением в одну последовательную цепь магистральной коробки 2 и всех распределительных коробок 4, к которым подключены электродвигатели 5 вентилятора. Для каждых двух электродвигателей устанавливают одну распределительную коробку. К магистральной коробке подается напряжение от источника трехфазного тока через шкаф 3 автоматического управления дутьем. В шкафу установлены: автоматические выключатели, отключающие электропитание в случае короткого замыкания в схеме дутья, автомат включения и отключения электродвигателей вентиляторов в зависимости от температуры масла в баке и нагрузки трансформатора, реле времени для предотвращения включения вентиляторов при кратковременной перегрузке трансформатора и другая электроаппаратура управления дутьем. К шкафу подводят силовой кабель от питающей электросети и контрольные кабели.
Электрическую схему монтируют трехжильным гибким кабелем марки КРПТ или КРВТ сечением жил 2,5—6 мм2 в зависимости от напряжения источника тока (220 или 380 В), мощности и количества устанавливаемых вентиляторов. Заготовки кабеля, если не используется старый, длиной, указанной на чертеже, пропускают через гибкие металлические рукава, служащие для защиты его от механического повреждения, и прокладывают в соответствии с монтажной схемой по стенкам бака и кронштейнам. Кабель крепят скобами и винтами, вворачиваемыми в бобышки, приваренные к баку и несущей конструкции вентиляторов. Одновременно устанавливают и крепят болтами магистральную коробку на стенке бака, распределительные коробки — на кронштейнах в непосредственной близости к электродвигателям вентиляторов для удобства их обслуживания. Магистральная коробка (рис. 28, а) предназначена для соединения электросети, питающей электродвигатели, в единую магистраль и подключения к ней кабеля от внешней электросети. Распределительная коробка (см. рис. 28, б) служит для подключения к магистрали электродвигателей вентиляторов через предохранители и подсоединения ее к зажимам других коробок.
Корпуса 1 магистральной и распределительной коробок имеют цилиндрическую форму, изготовлены из листовой стали. На стенке магистральной коробки (рис. 28, а) и на стенке и дне распределительной коробки (рис. 28, б) имеются отверстия, в которые вмонтированы сальники 29 предназначенные для герметизации коробок в местах прохода через них кабеля. Сверху коробки с помощью резиновых прокладок герметично закрываются крышками 3. В коробках установлены гетинаксовые панели 6 с прикрепленными к ним медными пластинами 4 (по три в коробке). Для присоединения жил кабеля на обоих концах каждой пластины имеются клеммные зажимы 5 в виде винтов с гайками. В магистральной коробке, кроме того, на пластинах имеются три зажима Л, В, С для присоединения кабеля 7 к внешней электросети. На панели распределительной коробки установлены шесть плавких пробковых предохранителей 9 (по три на двигатель) с зажимами 8 для присоединения кабелей электродвигателей обдува. Каждый зажим 8 соединен с цокольной части предохранителя, а его центральный контакт при ввернутой пробке — с пластиной, поэтому в цепь тока, питающую электродвигатель, входит плавкая часть предохранителя, защищающая era от короткого замыкания. Разводку кабеля электросети обдува производят после закрепления коробок и электродвигателей вентиляторов соответственно маркировке, указанной в чертеже и на табличке, прикрепленной к внутренней стороне крышек коробок. Пропущенные через защитные рукава заготовки кабеля разделывают на отдельные жилы и напаивают на их концы клеммные наконечники. При вводе кабеля 1 в коробку через сальник (рис. 29) следует предварительно вывернуть гайку 4 сальника и удалить из его гнезда 11 заглушку 7, препятствующую попаданию в коробку влаги и пыли окружающей среды при хранении. Одновременно подтягивают гайку 10, уплотняющую двумя резиновыми прокладками 9 гнездо сальника в месте его крепления к стенке 8 коробки. Пропустив кабель 1 в коробку на заданную длину, стопорным полиэтиленовым кольцом 3, расположенным в выточке гнезда, закрепляют рукав 2, резиновым кольцом 5, сжимаемым с двух сторон шайбами 6 при вворачивании гайки 4, уплотняют ксабель. При уплотнении сальника следует учитывать, что гнездо и гайки изготовлены прессовкой специальной пластмассы и при чрезмерном усилии при завинчивании гаек может повредиться резьба.
Для дутьевых вентиляторов применяют асинхронные трехфазные электродвигатели типа 4АА63А4ТР (4 — порядковый номер серии; А — асинхронный; А — станина из алюминиевого сплава; 63 — высота оси вращения в мм; А — длина сердечника; 4 — число полюсов; TP — трансформаторный). Мощность двигателя 0,25 кВт, напряжение 127/220 и 380 В. Двигатель устанавливают на кронштейне вертикально, его фланец со стороны конца вала крепят болтами М10 с применением пружинных шайб. На верхний конец вала 1 (на его шпоночную часть) (рис. 30) надевают четырехлопастную крыльчатку 3 серии МЦ-4 ступицей 4. Предварительно под диск 6 крыльчатки на вал надевают водоотражающий колпак 2. Чтобы крыльчатка не сорвалась с вала от воздействия осевых усилий при вращении, ее крепят глухой гайкой 5. Перед установкой двигателя со свободного конца вала удаляют антикоррозионную смазку, производят статическую балансировку крыльчаток, мегаомметром на 500 В измеряют сопротивление изоляции обмотки, оно должно быть не менее 1 МОм, при меньшем сопротивлении двигатель сушат. Размещение на трансформаторе устройств системы охлаждения Д показано на рис. 31.
После монтажа систему охлаждения проверяют и опробуют: проворачивают крыльчатки рукой, они должны свободно вращаться и останавливаться в любом положении, измеряют сопротивление изоляции всей смонтированной электрической схемы, включая электродвигатели и шкаф ЩД: оно должно быть не менее 0,5 МОм, проверяют направление вращения крыльчаток включением напряжения; они должны вращаться по часовой стрелке, если смотреть на них сверху. В случае вращения двигателя в обратную сторону снимают крышку с его коробки и меняют местами два конца кабеля на ее зажимах. Затем проверяют мегаомметром целостность цепей заземления электродвигателей, коробок и шкафа и производят пробное включение всей электрической схемы системы охлаждения с опробованием автоматического и автономного управления дутьем. Закончив установку сборочных единиц на крышке трансформатора, навесных устройств и системы охлаждения, открывают пробки для спуска воздуха на всех устройствах, где они предусмотрены (бак, вводы, радиаторы и др.), и доливают масло до нормального уровня в расширителе. По мере появления в воздухоспускных отверстиях масла ввертывают и уплотняют пробки. После доливки масла и спуска воздуха трансформатор испытывают на плотность. Испытание заключается в проверке отсутствия течей и свищей в уплотнениях, арматуре и местах сварки повышенным давлением масла. Трансформаторы мощностью до 1000 кВ-А, напряжением до 35 кВ включительно испытывают на плотность в течение 5 мин повышенным давлением 30 кПа под крышкой или давлением масляного столба высотой 3 м над расширителем при температуре масла +(10—35)° С. Более мощные трансформаторы испытывают на плотность подкачкой в бак масла или давлением масляного столба в течение времени, указанного в стандартах или технических условиях на трансформаторы конкретных типов и габаритов. Обычно при ремонте их испытывают на плотность давлением столба масла высотой 1,5 м с помощью трубы, устанавливаемой на крышке, как было указано раньше. После проверки трансформатора на плотность масло сливают через нижний край до нормального уровня, одновременно проверяя правильность работы маслоуказателя. После отстоя масла (до прекращения выделения из него воздуха) берут пробу масла для химического анализа и испытания на электрическую прочность, при положительных результатах трансформатор предъявляют для электрических испытаний.
energoboard.ru Охлаждение трансформаторов. Масляный/воздушный типы охлаждения трансформатораСовременные силовые трансформаторы имеют достаточно высокий КПД – 97-98%. Но часть мощности теряется из-за сопротивления материала обмоток и сердечника. Эти потери тратятся на нагревание. Чтобы трансформатор работал исправно, производители оборудуют систему охлаждения его рабочей части. Чем мощнее оборудование, тем более интенсивного охлаждения оно требует. Типы систем охлаждения трансформаторовТепло работающего трансформатора может отводиться в воздушную среду или масло. Отсюда и название систем охлаждения: воздушное и масляное. Воздушное охлаждение трансформатора При воздушном охлаждении тепло от работающего трансформатора отводится непосредственно в окружающую среду. Виды воздушного охлаждения:
Такая система не дает интенсивного охлаждения, поэтому применяется для трансформаторов мощностью не более 1600 кВА с номинальным напряжением 15 кВ. Условные обозначения трансформаторов с воздушным охлаждением (сухих трансформаторов): С – естественное воздушное охлаждение трансформатора без кожуха; СЗ – естественное воздушное охлаждение трансформатора с кожухом; СГ – естественное воздушное охлаждение трансформатора в герметичном исполнении; СД – принудительное воздушное охлаждение. Трансформаторы с масляным охлаждениемМасляное охлаждение бывает: естественное; естественное с дутьем; принудительное – с направленным движением масла; принудительное с дутьем; принудительное масляно-водяное.
Естественное масляное охлаждение В таком трансформаторе обмотки погружены в масляный бак. Все тепло от магнитопровода и обмоток передается маслу. Оно течет по баку и радиаторным трубам и отдает тепло в окружающий воздух. Чтобы трансформатор охлаждался интенсивнее, производители делают стенки бака гофрированными, добавляют в конструкцию трубы или радиаторы. Системой естественного масляного охлаждения комплектуются трансформаторы мощностью до 16000 кВА. Маркируют такие трансформаторы буквой «М». Естественное масляное охлаждение с дутьем При таком типе охлаждения на охладители и радиаторы трансформатора устанавливают вентилятор. Он забирает холодный воздух снизу и обдувает им нагретую часть трансформатора. При этом многие модели снабжены датчиком автоматического отключения дутья, когда нагрузка на трансформатор небольшая. Это тип дает достаточно интенсивное охлаждение, поэтому применяется для оборудования мощностью до 80000 кВА. Обозначаются такие трансформаторы буквами МД. Принудительное охлаждение с дутьем Эта система способна эффективно охлаждать оборудование мощностью 63000 кВА и выше. Она представляет собой охладитель – это тонкие трубки, в которые масло загоняет специальный насос. А снаружи на трубки дует вентилятор. Монтируют такую систему на одном фундаменте с трансформатором или на отдельном – рядом с баком. При маркировке трансформаторы с таким типом охлаждения обозначают «ДЦ».
Схема охладителя системы ДЦ 1 – бак трансформатора, 2 – электронасос, 3 – адсорбный фильтр, 4 – охладитель, 5 – вентиляторы обдува Принудительное масляно-водяное охлаждение Масляно-водяное охлаждение имеет то же устройство, что и принудительное масляное с дутьем. Но охладитель состоит из трубок с водой, а между ними движется масло. Вода и масло в системе охладителя не смешиваются благодаря разнице в давлении – давление масла должно быть минимум на 0,02 Мпа больше. Мы перечислили основные виды охлаждения в трансформаторе от простых до наиболее эффективных. Выбор типа охлаждения напрямую зависит от мощности трансформатора, термостойкости изоляции и нагрузок. Если у вас есть сомнения по поводу выбора системы охлаждения, мы рекомендуем обращаться непосредственно к производителю или к его официальному дистрибьютеру в вашем регионе. tdmetz.ru Системы охлаждения трансформаторов
Конструктивное исполнения силового трансформатора в значительной степени определяется методом охлаждения, который обуславливается по большей части его номинальной мощностью. Наибольшее распространение в трансформаторах получили следующие системы охлаждения: естественная масляная и сухая воздушная. Трансформаторы с воздушной системой охлаждения (сухие) Активные части сухих трансформаторов охлаждаются с помощью окружающего воздуха. Воздух отводит тепло от деталей трансформатора при помощи конвекции, при этом определенная часть тепла отводится посредством теплового излучения. Такие устройства предназначены для установки внутри производственных помещений, зданий и др., в которых основным требованием является обеспечение высокой степени пожарной безопасности. С точки зрения обслуживания они считаются более простыми и удобными в сравнении с масляными, поскольку в них отсутствует необходимость периодической очистки и слива трансформаторного масла. Но воздух характеризуется меньшей теплопроводностью в сравнении с маслом, поэтому обмотки магнитопровода и проводов выполняют с большим поперечным сечением. Как результат, вес активных деталей сухих трансформаторов оказывается больше масляных.
Трансформаторы с масляной системой охлаждения В трансформаторах с масляной (естественной) системой охлаждения магнитопровод, обмотки, служащие источником выделяющегося тепла, размещают в специальном баке, наполненным хорошо отчищенным маслом. Тепло предается маслу, которое под воздействие температуры становиться менее плотным, в сравнении холодным у стенок бака. Таким образом, осуществляется циркуляция трансформаторного масла в баке. Около нагретых элементов оно перемещается вверх, тем самым охлаждаясь, у стенок бака, и перемещаясь вниз. Масло характеризуется более высокой теплопроводностью в сравнении с воздухом, а поэтому замечательно отводит тепло от нагретых обмоток силовых трансформаторов к стенкам бака, с большей площадью поверхностного охлаждения. Опускание активных деталей трансформатора в бак гарантирует увеличенную электрическую прочность изоляции, что уменьшает увлажнение и потерю основных изоляционных свойств. При увеличении номинальной мощности силовых трансформаторов, проблемы с эффективным отводом тепла возникают в большей степени. Это обуславливается пропорциональным увеличением потерь. С целью предотвращения повышения температуры выше установленного уровня специально увеличивают поверхность охлаждения, создавая на боковых гранях бака радиаторы, охладители или формируя каналы в магнитопроводе.
В трансформаторах большой мощности применяются системы охлаждения с дутьем и циркуляцией масла. В таких аппаратах радиаторы обдуваются вентиляторами, оборудованными индивидуальными приводными механизмами. Дополнительное увеличение степени охлаждения достигается использованием принудительной циркуляцией масла, которая реализуется посредством использования специальных насосов с отдельным электроприводным механизмом. Еще большая степень интенсификация теплоотвода получается при обустройстве масляно-водяных систем с принудительной либо естественной циркуляцией масла. Такие системы требуют наличия проточной воды, а поэтому устанавливаются на ГЭС и ГАЭС» href=»http://pue8.ru/elektricheskie-seti/185-vyrabotka-elektroenergii-na-ges-i-gaes.html»>гидроэлектростанциях. pue8.ru Нагрев и охлаждение силового трансформатора
В реальном трансформаторе некоторая часть мощности рассеивается в виде тепла. Часть этих потерь мощности происходят в проводнике обмотки из-за электрического сопротивления и называются потерями в меди. Как бы там ни было, также важны так называемые потери в стали, те которые происходят в сердечнике. Последние являются результатом быстрого изменения направления магнитного поля, которые подразумевают постоянное определенное перестроение микроскопических частиц, их магнитного момента в направлении поля (или потока). Такая перестройка происходит также как поток зарядов, вызывает трение на микроскопическом уровне и следовательно рассеивание энергии, которое ощущается как нагревание материала. Принимая во внимание потери в сердечнике и потери в меди, эффективность (или отношение выходной электрической мощности к входной) реального трансформатора может быть высокой, около 90%. Тем не менее, даже небольшой процент потерь в большом трансформаторе соответствует значительному количеству тепла, которое должно быть учтено. Мы знаем, что маленькие трансформаторы, которые используются в обычных бытовых адаптерах для низковольтной бытовой техники, теплые, это можно почувствовать при прикосновении. И все же они передают настолько малую мощность, что тепло может с легкостью рассеиваться в окружающем воздухе. В отличие от этого, представим 10 МВА силовой трансформатор, который работает на распределительной подстанции с эффективностью 99%, 1% потерь соответствует здесь ошеломляющим 100 кВт. В общем случае, небольшие трансформаторы, те, что работают на распределительных сетях, охлаждаются пассивно простым излучением тепла в окружающую среду, иногда с помощью радиаторных ребер, которые увеличивают доступную площадь поверхности для удаления тепла.
Силовой трансформатор с естественным масляным охлаждением, с помощью радиаторов. Мощные трансформаторы, которые работают на подстанциях или электростанциях требуют удаления тепла от сердечника и обмотки активным охлаждением, как правило, с помощью циркулирующего масла, которое одновременно выполняет функцию электрического изолятора. Ограничение мощности трансформатора зависит от скорости отвода тепла. Таким образом, как и для линии электропередач, возможность нагрузки трансформатора зависит от условий окружающей среды, температуры, ветра, дождя. Например, если трансформатор нагревается до граничной температуры в теплый день, один из способов спасти положение, это облить его холодной водой из шланга – действие не соответствует инструкции, но оно необходимо при возникновении чрезвычайных ситуации. Когда трансформаторы работают практически на пределе своей допустимой мощности, ключевым является контроль изменения внутренней температуры масла. Эта задача осложняется проблемой неравномерного распределения температуры внутри трансформатора, которая может привести к локальному разрушению. Под действием экстремальной температуры, масло можно пробить электрической дугой или даже его поджечь, и трансформатор может взорваться. Охлаждающая и изоляционная трансформаторная жидкость должна соответствовать критериям для аналогичных жидкостей, предназначенных для высоковольтного оборудования, такого как высоковольтные выключатели и конденсаторы: она должна проводить тепло, но не проводить электричество; она должна быть химически нейтральной; и она не должна легко ионизироваться, что позволило бы формироваться дуге. Минеральное трансформаторное масло хорошо соответствует этим требованиям, так как длинные, неполярные молекулы распадаются под действием электрического тока с трудом.Другой класс соединений, который очень хорошо выполняет свои функции и широко применяется в трансформаторах и другом оборудовании – это полихлорвиниловые дифенилы, широко известны как ПХД. Поскольку было обнаружено, что составляющие ПХД – диоксины являются канцерогенами и экологически токсичными и стойкими веществами, ПХД больше не производятся в США, установка нового оборудования содержащего ПХД было запрещено в октябре 1977 года. Однако большая часть существующей аппаратуры предшествует этой дате, подлежит постепенной утилизации при условии тщательного ухода (по принципу асбеста в зданиях).Представленный в 1960 году гексафторид серы (SF6) является еще одной очень эффективной дугогасящей средой для высоковольтного оборудования. SF6 имеет преимущество в том, что он достаточно нетоксичен, а также химически инертен, он может противостоять воздействию электрических полей без ионизации. В то время как размеры трансформаторов и конденсаторов ограничиваются другими факторами, элегазовые выключатели с использованием SF6 могут быть намного меньше высоковольтных выключателей работающих с использованием масла. Однако, оказывается, что SF6 поглощает тепловое инфракрасное излучение и таким образом он действует как парниковый газ, когда он уходит в атмосферу; гексафторид серы включен в список веществ, выброс которых регулируется в рамках Киотского протокола по глобальному изменению климата. В атмосфере SF6 также создает другую смесь под названием трифторметил серы пентафторид (SF5CF3), еще более мощный парниковый газ, чья концентрация в атмосфере растет с большой скоростью. Оборудование для охлаждения
Трансформаторные вентиляторы Тепло, образующееся из-за потерь в сердечнике и обмотке должно рассеиваться в окружающую среду. В сухих трансформаторах, охлаждение достигается просто путем циркуляции воздуха сквозь обмотку и вокруг сердечника, путем естественной конвекции, или с помощью принудительного потока воздуха, создаваемого вентиляторами. Этот метод охлаждения обычно ограничен низковольтным входящим напряжением трансформаторов (5 кВ и ниже) имеющих трехфазную номинальную характеристику ниже 1500 кВА. На более высоких напряжениях для изоляции обмоток необходимо применять масло , что делает невозможным использование воздуха для охлаждении сердечника и катушки напрямую. При более высоких значениях кВА, потери слишком высоки и непосредственное воздушное охлаждение не будет эффективно. В уличных условиях непосредственное воздушное охлаждение приведет к загрязнению обмотки недопустимым количеством грязи и влаги. Трансформаторы бывают разных классов охлаждения, которые определены отраслевыми стандартами. В последние годы были предприняты попытки привести обозначения, которые применяются к трансформаторам, изготавливаемым в Северной Америке к обозначениям по МЭК с классом охлаждения. В таблице ниже приводятся обозначения МЭК (Международная Электротехническая комиссия) и более ранние обозначения, которые использованы в книгах. Во всех обозначениях МЭК используется четыре буквы. В некоторых отношениях, обозначения МЭК более информативны , чем североамериканские обозначения потому что МЭК проводит различие между принудительным масляным/воздушным охлаждением (OFAF=oil forced air forced) и непосредственным масляным и принудительным воздушным охлаждением (ODAF oil direct, air forced). Некоторые люди считают четырехбуквенное обозначение неудобным и в этой книге везде используются старые обозначения. В небольших масляных распределительных трансформаторах поверхности бака достаточно для передачи тепла от масла к воздуху. Для увеличения площади поверхности бака и улучшения отвода тепла на баки некоторых распределительных трансформаторов установлены ребра. Большие распределительные трансформаторы и трансформаторы малой мощности обычно требуют блоки радиаторов для охлаждения. Все трансформаторы, которые передают тепло от масла посредством естественной конвекции входят в охладительный класс OA, независимо от того какие поверхности (бака, ребер или радиаторов) используются для охлаждения. Радиаторы, которые используются в ОА трансформаторах, как правило, имеют круглые охлаждающие трубки или плоские ребра с большими площадями сечения для того, чтобы дать маслу протекать за счет естественной конвекции с минимальным сопротивлением. Горячее масло от сердечника и обмоток поднимается в верхнюю часть бака и дальше к радиатору через впускное отверстие. Охлажденное масло из радиатора опускается на дно радиатора через выходное отверстие и далее вниз к сердечнику и обмоткам. Этот процесс называется термосифонированием и масло с небольшой скоростью протекает сквозь трансформатор и радиатор. По этой причине, ОА трансформаторы имеют относительно большие температурные градиенты между маслом, которое находится снизу и маслом, которое находится сверху, и относительно большие температурные градиенты между температурой обмоток и верхней температурой масла. Кроме того, воздух циркулирует через радиатор посредством естественной конвекции или с помощью ветра. Обозначения и описание классов охлаждения, используемых в силовых трансформаторах (МЭК)
По мере увеличения потерь трансформатора, количество и размеры радиаторов, которые необходимы для охлаждения масла, должны увеличиваться. В конце концов, будет достигнута точка, когда ветра и естественной конвекции будет недостаточно для отвода тепла и воздух должен принудительно прокачиваться через радиаторы вентилятором. Трансформаторы, которые имеют принудительное воздушное охлаждение, называются трансформаторами класса FA. FA трансформаторы требуют дополнительного питания для запуска вентиляторов, одно из преимуществ ОА трансформаторов состоит в том, что они не требуют дополнительного питания для охлаждения оборудования. Так как в дополнительном охлаждении обычно нет необходимости, пока трансформатор загружен не сильно, вентиляторы на большинстве FA трансформаторах выключены, поэтому при легкой нагрузке трансформатор охлаждается за счет естественной конвекции. Когда температура превышает некоторое пороговое значение, они включаются. Эти трансформаторы входят в класс охлаждения ОА/FA трансформаторов. Некоторые трансформаторы охлаждаются за счет естественной конвекции ниже температуры T1, включая первую ступень вентиляторов при более высокой температуре Т2, и включая вторую ступень вентиляторов при еще более высокой температуре T3. Эти трансформаторы входят в класс охлаждения класса ОА/FA/FA трансформаторов. Поток воздуха в элементах принудительного воздушного охлаждения направлен либо по горизонтали наружу, либо вертикально вверх. Вертикальное направление потока имеет преимущество в том, что оно совпадает с направлением естественной конвекцией воздуха, поэтому два потока воздуха усиливают друг друга. Хотя мощность охлаждения значительно увеличивается при использовании принудительного воздушного охлаждение, увеличение нагрузки с целью использования увеличенной мощности охлаждения, повышает температурные градиенты в трансформаторе. Будет достигнута точка, где внутренние градиенты температуры ограничивают возможность дальнейшего увеличения нагрузки. Решение заключается в увеличении скорости масла путем прокачки масла, совместно с продувкой воздуха через радиаторы. Обычное насос размещается в нижней части радиаторов, заставляя масло двигаться из выходов радиатора в нижнюю часть бака трансформатора в том же направлении, что и естественная циркуляция, но с гораздо более высокой скоростью. Такие трансформаторы входят в класс охлаждения FOA трансформаторов. Большая эффективность может быть достигнута направлением потока масла сквозь обмотки трансформатора. Следует признать тот факт, что расчет разброса горячих точек по температуре говорит о том, что температура изменяется незначительно для трансформаторов класса направленного потока охлаждения.
Как и в конструкции с нагнетаемым воздухом, принудительное охлаждение маслом может быть объединено с О. А. охлаждением (ОА / FOA) или в два этапа (ОА / FOA / FOA).Трансформаторы, имеющие ступень вентиляторов и ступень масляных насосов которые включаются при разных температурах входят в класс охлаждения ОА/FA/FOA трансформаторов. Конструкция радиатора на FOA трансформаторах может существенно отличаться от конструкции радиаторов FA трансформаторов. Ввиду того, что масло перекачивается под значительным давлением, сопротивление потока масла имеет второстепенное значение, так как радиаторные трубки могут быть сконструированы так, чтобы увеличить площади поверхности за счет площади поперечного сечения. FOA радиаторы иногда называют кулерами, и, как правило, похожи на автомобильные радиаторы с очень узкими промежутками между трубами охлаждения и плоскими ребрами в промежутках между трубами охлаждения для обеспечения дополнительной площади поверхности. Сравнение двух типов показано на рисунке слева (ОА / FA типа) и справа (FOA типа).
OA/FA конструкция радиатора. Большие трубы радиатора минимизируют ограничение протекания масла по средствам естественной конвекции. Вентилятор прикреплен внизу, направляя поток воздуха вверх.
FOA конструкция кулера. Масло продавливается через узкие трубки сверху вниз с помощью масляных насосов. Вентиляторы направляют воздух горизонтально наружу. Оборудование для охлаждения требует обслуживания для того, чтобы работать эффективно и обеспечить долгий срок службы трансформатора. Существует очевидная необходимость в обслуживании вентиляторов, насосов, электрооборудования питания. Маслоохладители должны содержаться в чистоте, а, особенно кулеры типа FOA. Многие трансформаторы перегревались при умеренных нагрузках, поскольку ребра охлаждения были забиты гнездами насекомых и птиц, пылью, пыльцой и другими загрязнителями. Для повышающих трансформаторов, где нагрузка находится почти на максимуме постоянно, паровая чистка кулеров один раз в год является хорошей практикой технического обслуживания. Ещё по теме:silovoytransformator.ru | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
Рис. 6. Трансформатор масляный с принудительной циркуляцией воздуха ТД-10000/35:1 – ввод ВН; 2 – ввод НН; 3 – ввод «0» ВН;4 – маслоуказатель; 5 – расширитель, 6 – реле газовое; 7 — радиатор; 8 – воздухоосушитель; 9 – фильтр термосифонный; 10-доливка масла; 11 – клапан предохранительный; 12 — крышка трансформатора; 14 – электродвигатель с вентилятором
Рис. 7, Система охлаждения трансформатора ТЦ-400000/500:1 – маслопровод всасывающий; 2 – коллектор всасывающий;3 – насосы рабочие; 4 – насос пусковой; 5 – обратный клапан,6 – коллектор промежуточный; 7 – маслоохладитель;8 – коллектор нагнетательный; 9 – маслопровод охлажденного масла; 10 – абсорбционный фильтр; 11 – устройство для отбора проб масла; 12 – устройство для контроля наличия масла в воде;13 – обводный маслопровод; 14 – напор коллекторной воды;15 – слив коллекторной воды
