МЭ-32_НалЭО_4 пара_2-60_
Практическая работа №9
Изучение способов сушки изоляции трансформаторов
ЗАДАНИЕ:
1. Составить конспект (текст, схемы, графики, таблицы).
Все виды сушки преследуют одну цель – привести изоляцию в состояние, отвечающее требованиям и нормам. Обмотки машин перед сушкой должны быть очищены от загрязнений и осевшей пыли, продуты сухим и чистым воздухом давлением не выше 2 кгс/см2 (0,2МПа). Если вода продолжительное время воздействует на обмотки двигателя, то измерения и испытания, связанные с подачей напряжения, должны производиться после контрольного прогрева и подсушки путем внешнего нагрева.
Перед проведением сушки корпус трансформатора должен быть обязательно заземлен. В период подготовки к сушке необходимо предусмотреть возможность выполнения измерений, поэтому необходимо вывести концы обмоток в удобное для измерений место, изолировать их, установить термометры и температурные индикаторы. В процессе сушки измеряют сопротивление изоляции, температуру обмоток, активной стали и окружающего воздуха. Во избежание потерь теплоты машина должна быть закрыта.
В период подготовки к сушке проводят необходимые противопожарные мероприятия: место проведения сушки обеспечивают средствами пожаротушения, водоснабжения. В помещении не должны храниться горючесмазочные материалы.
В процессе сушки следует постоянно контролировать температуру обмоток и стали частей трансформаторов. Максимальная температура в наиболее нагретом месте обмотки или стали при нагреве током не должна превышать 80°С при измерении термометрами, 100°С при измерении методом сопротивления, 90°С при измерении встроенными и заложенными температурными индикаторами и 100°С при измерении термометром при сушке методом внешнего нагрева.
Скорость достижения установившейся температуры не должна превышать 4-5°С/ч. Для ограничения резкого повышения температуры своевременно снижают ток или периодически отключают источник питания. До достижения установившейся температуры делается запись один раз в час, с момента достижения установившейся температуры – один раз в 2 часа.
Сушка прекращается после того, как сопротивление изоляции будет держаться при постоянной температуре практически неизменным в течении 3-5 ч. Сушка считается законченной при условиях: R60" и R60"/ R15" имеют установившееся значение в течение 3-5 ч и значения их – не менее допустимых.
Бумажно-масляная изоляция в трансформаторах рассчитана на надежную работу лишь при условии ее высоких изоляционных свойств – сопротивления, электрической прочности, емкости и малых диэлектрических потерь. Эти факторы прежде всего зависят от степени увлажненности изоляции. Благодаря своей капиллярной структуре бумажная изоляция весьма гигроскопична. Немного менее гигроскопично трансформаторное масло. Поэтому, находясь на воздухе, активная часть, даже пропитанная маслом, увлажняется. Кроме того, у старых трансформаторов без воздухосушителей изоляция увлажняется и в процессе длительной эксплуатации. Даже изоляция вновь изготовленных обмоток имеет повышенную влажность.
Термодинамический процесс сушки заключается в том, что изоляция нагревается и влага перемещается из ее внутренних пор к поверхности, а затем в окружающую среду. Чем выше температура нагрева изоляции, тем больше разница между парциальными давлениями в соседних слоях изоляции и тем интенсивнее сушка, поэтому изоляцию нагревают до температуры 100-1050С. В то же время эффективно снижать давление в окружающем пространстве, т.е. создавать вакуум.
Способы сушки трансформаторов
Метод постоянного тока.
Для прогрева трансформатора постоянным током необходимо пропускать через его обмотки ток, близкий к номинальному. Для равномерного прогрева желательно обеспечить последовательное и параллельное соединение всех трех фаз обмоток. Иногда применяют схемы с последовательным соединением обмоток только двух фаз или схемы, в которых две фазы соединены параллельно, а третья включена последовательно.
Напряжение, подводимое для прогрева к трансформатору, в зависимости от схемы соединения его обмоток составит, В:
Uпр=Iмакс*Rф*k
- при параллельном соединении всех трехфазных обмоток;
Uпр=2*Iмакс*Rф*k
- при двух фазах, соединенных параллельно и включенных последовательно с третьей
Uпр=3*Iмакс*Rф*k
- при двух крайних фазах, включенных последовательно;
- при трех фазах, включенных параллельно,
где Iмакс – максимальный фазный ток прогреваемой обмотки, А;
Rф – сопротивление фазы обмотки при 150С, Ом;
k=0,8÷0,9 – коэффициент, учитывающий изменения сопротивления Rф при нагреве.
В начале прогрева до достижения температуры верхних слоев масла 400С допускается прогрев током, равным 1,2 номинального. В процессе прогрева термосигнализаторами контролируется температура верхних слоев масла. Температуру прогреваемой обмотки определяют по ее омическому сопротивлению Rг (которое измеряют в процессе прогрева) с помощью соотношения
tг= Rг/ Rх*(235+tх)-235,
где Rх и tх – сопротивление и температура обмотки, указанные в паспорте трансформатора.
Время нагрева составляет не менее 10 ч, считая с момента включения трансформатора.
Этот метод допускается использовать для сушки активной части трансформатора без демонтажа на месте его установки и отсоединения от сети только с отключением.
Бак трансформатора соединяют двумя маслопроводами (всасывающим и нагнетающим) с системой принудительной циркуляции масла. В систему включают маслонагреватель, фильтры и масляный насос. Схема сушки может быть и незамкнутой, когда увлажнившееся масло, поглотившее из изоляции влагу, больше не используют, а заменяют постепенно сухим горячим маслом до полного высушивания изоляции.
При незамкнутой схеме качество сушки выше, но требуется большое количество масла (примерно десятикратное от количества масла в баке). При замкнутой схеме масло не успевает как следует просушиваться и попадает в бак трансформатора не таким гигроскопичным, как свежее, поэтому сушка продолжается дольше.
Существует также опасность, что масло в замкнутой системе придет в полную негодность, его остатки попадут в каналы обмоток и магнитопровода и будут способствовать быстрому ухудшению вновь залитого свежего масла. Этот способ сушки особо пожароопасен и рекомендуется к применению лишь в исключительных случаях, когда возможность применения других методов сушки отсутствует.
Вакуумный метод.
Сушка этим методом осуществляется в вакуум-сушильных шкафах и обеспечивает быструю и высококачественную сушку с небольшими энергетическими затратами. Наиболее экономичным является паровой обогрев, менее экономичен электрообогрев.
Активную часть трансформатора загружают в печь. Предварительно для контроля сушки концы обмоток соединяют между собой проводником и выводят наружу через проходной изолятор. Сушку начинают с прогрева при вакууме 80-85 кПа, постепенно увеличивая температуру до 95-1050С. Прогрев трансформаторов мощностью до 100 кВ∙А длится в течении 3 ч, а большей мощностью – 5 ч. По окончании прогрева вакуум равномерно повышают и в течении 15 мин устанавливают остаточное давление около 40 кПа, которое выдерживают 1 ч. Затем в течении 15 мин вакуум повышают до максимально возможного и сушку производят до конца.
В процессе сушки влагу из колонки конденсатора отбирают каждый час, ее количество и значении сопротивления изоляции записывают в журнал сушки. Когда в течении 3 ч подряд (по трем измерениям) выделения влаги из колонки не будет, а показания мегаомметра будут соответствовать нормам, обогрев отключают (закрывают пар), останавливают вакуум-насосы, вакуум постепенно снимают краном для впуска воздуха, печь разгерметизируют. Эффективным с точки зрения дальнейшей эксплуатации является непосредственная заливка активной части маслом в печи. В этом случае масло заполняет поры изоляции, которые прежде были заняты влагой.
Продолжительность вакуумной сушки зависит от степени увлажненности изоляции обмоток, емкости печи, мощности вакуумных насосов и герметичности уплотнений. Она должна продолжаться не менее 14 ч.
Достоинствами вакуумной сушки являются быстрота, высокое качество и стабильная технология, а недостатками – необходимость постоянно поддерживать в исправном состоянии сложное и дорогостоящее оборудование и в связи с этим высокие эксплуатационные расходы; необходимость поддержания очень глубокого вакуума, который трудно поддерживать, так как уплотнения печи быстро изнашиваются, а их замена сложна и дорога.
Безвакуумный метод.
Сушка этим методом осуществляется в стационарных тупиковых печах с электрическим, паровым, индукционным или калориферным подогревом. Активную часть трансформатора загружают на тележку, вкатывают в печь, печь закрывают и включают обогрев. Сушка ведется естественно дольше, чем в вакуумной печи. Критерий окончания сушки один – сопротивление изоляции, соответствующее нормам, должно иметь установившееся значение в течении 3-4 ч. Измеряют сопротивление изоляции на трех изоляционных участках: обмотки ВН по отношению к обмоткам НН, присоединенным к корпусу; обмотки НН по отношению к обмоткам ВН, присоединенным к корпусу; соединенных между собой обмоток ВН и НН по отношению к корпусу. Для возможных замеров все выводные концы обмоток ВН соединяют между собой. От этих соединений, а также от ярмовых балок (корпуса) выводят наружу провода.
При безвакуумном методе сушки не требуются уплотнения, а используются электрическая и тепловая изоляция выводных проводов от горячих металлических частей печи. Контроль температуры в печи осуществляется термопарами или другими термодатчиками. Для ускорения процесса сушки ближе к ее окончанию рекомендуется проводить одну-две 20-минутные продувки печи теплым или окружающим сухим воздухом для удаления скопившихся в ней паров. При калориферном обогреве печей этого не требуется, так как в печи воздух постоянно циркулирует.
Этот метод заключается в том, что к одной из обмоток трехфазного трансформатора подводят пониженное однофазное переменное напряжение и обмотки соединяют так, чтобы возбуждаемые в стержнях магнитные потоки имели одинаковые значения и направления во всех стержня. Замыкаясь через воздух, металлические детали и бак, они вызывают в них потери от вихревых токов, чем и создается нагрев.
При этом способе сушки, как и при индукционном, теплота идет от металлических частей через бумажную изоляцию к проводам, поэтому способ неэкономичен.
Для трансформаторов I-II габаритов со схемой соединения «звезда-звезда» и номинальными напряжениями 6300/230 В напряжение, подводимое к обмотке НН
U=200/√ Pном,
где Pном – номинальная мощность трансформатора, кВ∙А.
Необходимость подбора напряжения при других схемах соединения обмоток опытным путем, а также необходимость распайки обмоток при соединении одной из обмоток в треугольник или зигзаг – серьезные недостатки метода. Поэтому область применения его крайне ограничена.
Метод индукционных потерь в стали бака
Это самый распространенный способ сушки активных частей трансформаторов.
Бак трансформатора утепляют, обматывают намагничивающей обмоткой. Она может быть однофазной или трехфазной. К обмотке подключают источник переменного тока от силовой сборки 220 или 380/220 В через двух- или трехполюсный автомат или рубильник. При прохождении тока по обмотке в стальных стенках бака возбуждается магнитный поток, который, замыкаясь по периметру бака, вызывает в нем вихревые токи, нагревающие бак. Теплота от бака передается активной части.
Предварительными расчетами по эмпирическим формулам определяют количество витков намагничивающей обмотки, а при сушке в зависимости от фактической температуры изменяют количество витков. Для этого намагничивающая обмотка может быть выполнена с одним-двумя регулировочными ответвлениями.
Сушку активной части можно производить как маслом, так и без масла, и в зависимости от этого механизм сушки действует по-разному. Масло является теплоносителем и одновременно гигроскопичной средой, отбирающей влагу из изоляции. В масле целесообразно сушить активную часть с промасленными обмотками, т.е. при ремонте без замены обмоток. Новые обмотки сушат без масла.
Для ускорения сушки предусматривают принудительную циркуляцию воздуха в полости бака, для чего на одном из отверстий в крышке бака устанавливают вытяжной вентилятор, включаемый периодически.
Температуру изоляции на разных высотах обмоток, верхнего и нижнего ярма, стенки бака и воздуха в верхней части бака контролируют термопарами. Температура изоляции поддерживается в пределах 85-1000С, а стенок бака в пределах 110-1300С.
В начале сушки, после того как температура обмоток достигнет 85-1000С, в баке создают вакуум 200 мм рт.ст. (27 кПа) для удаления паров из бака. В дальнейшем вакуум уменьшают и к окончанию сушки доводят до предельно допустимого для данной конструкции. Обычный диапазон рабочего вакуума 40-50 кПа.
В процессе сушки измеряются температуры и сопротивления изоляции. В начале сушки измерения проводят каждые 4 ч, а к окончанию сушки – каждый час. Параметры записывают в журнал сушки.
Сушка заканчивается, когда установившееся значение сопротивления изоляции, соответствующее нормам, продолжает оставаться неизменным в течении 6 ч. После этого отключают индукционную обмотку, дают остыть активной части до 60-700С, уплотняют все отверстия нижней части бака, и заливают активную часть в бака сухим трансформаторным маслом.