Конструктивная схема трансформатора.
Конструктивной и механической основой трансформатора является его магнитная система, которую называют «сердечник» или «магнитопровод». Силовые трансформаторы являются, как правило, стержневыми. Стержнями называют вертикальные части сердечника,на которых размещают обмотки трансформатора. Горизонтальные части сердечника, не несущие на себе обмоток, служат для замыкания магнитной цепи. Их называют ярмами. Сердечник набирают из тонких листов электротехнической стали. При этом ярма обычно сжимаются специальными прессующими балками, а стержни накладками и шпильками, проходящими через пластины стержня. В сердечниках из холоднокатанной стали прессовку стержней осуществляют специальными бандажами из стальной или стеклотканевой ленты, которая охватывает стержень.
Сердечник вместе со всеми конструкциями и деталями, которые служат для скрепления его отдельных частей, называют остовом трансформатора. На остове располагают обмотки трансформатора и крепят отводы (проводники), соединяющие обмотки с вводами и выводами, которые служат для присоединения обмоток к внешним цепям.
Обмотки составляют электрическую систему трансформатора.
Их выполняют из медного или алюминиевого изолированного провода в форме круглых или прямоугольных катушек. Обмотки круглой формы выполняют в виде круговых цилиндров, которые в поперечном сечении имеют форму кольца (рис. 1.1.). Такие обмотки более просты по конструкции и более прочны в механическом и в электрическом отношениях, поэтому применяются в большинстве выпускаемых трансформаторов.
Обмотки прямоугольной формы в поперечном сечении имеют вид прямоугольной рамки с закругленными углами (рис.1.1). Они позволяют лучше заполнить пространство внутри обмотки активной сталью сердечника, однако имеют пониженную прочность изоляции провода в углах катушки, где она легко повреждается при перегибе провода на окружности малого радиуса. Более того, при коротких замыканиях прямоугольная катушка под воздействием возникающих в ней сил стремится принять круглую форму, что также ведет к повреждению изоляции и даже к разрушению обмотки.
Из рисунка видно, что трансформаторы, оборудованные круглыми обмотками, должны иметь стержни со ступенчатой формой поперечного сечения, вписанной в окружность. Это позволяет улучшить заполнение пространства внутри обмотки сталью. Стержни таких трансформаторов располагают вертикально. Ярма стержневых сердечников прилегают к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей (рис.1.2.).
В некоторых случаях применяют и так называемые броневые (бронестержневые сердечники), в которых ярма охватывают не только торцевые, но и боковые поверхности обмоток (рис.1.3.). Однако, они более сложны по по конструкции, имеют по сравнению со стержневыми сердечниками больший вес стали.
Обмотки трансформаторов по способу их расположения на стержнях подразделяются на концентрические и чередующиеся. Концентрическими обмотки называются в том случае, когда они выполняются в виде цилиндров и располагаются на стержне концентрически одна относительно другой (рис.1.4 – а). В этом случае высота всех обмоток одинакова. В двухобмоточных трансформаторах обмотку низкого напряжения (НН) располагают обычно внутри обмотки высокого напряжения (ВН). Это позволяет упростить конструкцию выводов и ответвлений обмотки ВН, а также уменьшить размеры изоляционных каналов между внутренней обмоткой НН и стержнем.
В трехобмоточных трансформаторах обмотку среднего напряжения (СН) располагают либо между обмотками ВН и НН, либо ближе к стержню.
Обмотки трансформаторов называют чередующимися, если они выполняются в виде невысоких цилиндров и располагаются на стержне одна над другой по высоте стержня. При этом стремятся увеличить по мере возможности число чередующихся групп. Это позволяет уменьшить механические силы осевого направления, которые возникают при коротких замыканиях. Кроме того, это позволяет уменьшить реактивную составляющую напряжения короткого замыкания. Чередующиеся обмотки менее компактны, чем концентрические, требуют выполнить значительное число паек между секциями обмоток, увеличивают вес и габариты всего трансформатора. Поэтому они применяются редко.
При работе трансформатора в его обмотках, в магнитопроводе и конструктивных элементах выделяются электрические и магнитные потери, которые ведут к нагреву трансформатора. Выделяющееся в трансформаторе тепло должно быть полностью отведено в окружающую среду системой охлаждения. В зависимости номинальной мощности и особенностей конструкции трансформаторы оснащают системами охлаждения, которые подразделяются на:
Сухие трансформаторы:
С - естественное воздушное охлаждение при открытом исполнении;
СЗ - естественное воздушное охлаждение при защищенном исполнении;
СГ - естественное воздушное охлаждение при герметическом исполнении;
СД - естественное воздушное охлаждение с принудительной циркуляцией воздуха (воздушное дутье).
Масляные трансформаторы:
М - естественная циркуляция воздуха и масла;
Д - принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла;
МЦ - естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла;
НМЦ - естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла;
ДЦ - принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла;
НДЦ - принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла;
МВ - принудительная циркуляция воды и естественная циркуляция масла;
Ц - принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла;
НЦ - принудительная циркуляция воды и масла с направленным потоком масла.
Трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком:
Н - естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком;
НД - охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха;
ННД - охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха и с направленным потоком жидкого диэлектрика.
В качестве негорючего жидкого диэлектрика применяют смесь совола (65%) и трихлорбензола (35%). Эта жидкость пожаробезопасна в отличии от трансформаторного масла, но имеет более высокую стоимость и способна выделять токсичные газы при нагревании и воздействии электрической дуги.
Для трехфазных двухобмоточных трансформаторов применяют следующие схемы и группы соединения обмоток:
Y/Y0 - 0; Y/Δ - 11; Y0/Δ - 1; Y0/Y - 0;
Δ/Y0 - 11; Δ/Δ - 0; Y/Z0 - 11.
Трансформаторы выпускают с различными системами регулирования напряжения:
- без регулирования напряжения;
- с регулированием напряжения путем переключения числа витков обмоток (с помощью ответвлений) без возбуждения (система ПБВ);
- с регулированием напряжения под нагрузкой (система РПН).
Для трансформаторов и автотрансформаторов установлены обозначения, в которых последовательно слева направо приводится следующая информация:
1. Вид устройства (А - автотрансформатор; без обозначения - трансформатор);
2. Число фаз (О - однофазный; Т - трехфазный);
3. Наличие расщепленной обмотки нижшего напряжения - Р);
4. Условное обозначение типа системы охлаждения (см.выше)
5. Число обмоток(без обозначения - двухобмоточный; Т - трехобмоточный);
6. Наличие системы регулирования напряжения - Н;
7. Исполнение (З - защищенное; Г - грозоупорное; У - усовершенствованное; Л - с литой изоляцией);
8. Специфическая область применения (С - для систем собственных нужд электростанций; Ж - для электрофикации железных дорог);
9. Номинальная (полная) мощность, кВА;
10. Класс напряжения обмотки ВН, кВ;
11. Климатическое исполнение (по ГОСТ);
12. Категория размещения (по ГОСТ).