Технічне обслуговування і ремонт трансформаторів

Введення

Одним знайважливіших переваг змінного струму перед постійним є легкість іпростота, з якою можна перетворити змінний струм однієї напруги взмінний струм іншої напруги. Досягається це за допомогою простого ідотепного пристрою - трансформатора, створеного в 1876 р. чудовимросійським ученим Павлом Миколайовичем Яблочкова.

П.М.Яблочков запропонував спосіб "дроблення світла" для своїх свічок за допомогоютрансформатора. Надалі конструкцію трансформаторів розробляв іншийросійський винахідник І.Ф. Усагін, який запропонував застосовувати трансформаторидля харчування не тільки свічок Яблочкова, але і інших приймачів.

Важлива рольу розвитку електротехніки належить М.О. Доліво-Добровольському. Він розробивоснови теорії багатофазних і, зокрема, трифазних змінних струмів і створивперший трифазний електричні машини і трансформатори. Трифазнийтрансформатор сучасної форми з паралельними стрижнями, розташованими водній площині, був сконструйований ним в 1891 р. З тих пір відбувалося подальшеконструктивне удосконалення трансформаторів, зменшувалася їх маса ігабарити, підвищувалася економічність. Основні положення теорії трансформаторівбули розроблені в працях Е. Арнольда і М. Відмара.

Метавипускної роботи полягає у вивченні трансформаторів, їх застосування, ремонтуі експлуатації.

Глава 1.Загальні відомості про трансформатори

1.1 Призначення трансформаторів

Трансформатором називається статичний електромагнітний апарат,перетворюючий перемінний струм однієї напруги в змінний струм іншоїнапруги тієї ж частоти. Трансформатори дозволяють значно підвищитинапруга, вироблювана джерелами змінного струму, встановленими наелектричних станціях, і здійснити передачу електроенергії на дальнівідстані при високих напругах (110, 220, 500, 750 і 1150 кВ). Завдякицього сильно зменшуються втрати енергії в проводах і забезпечується можливістьзначного зменшення площі перерізу проводів ліній електропередачі.

У місцях споживання електроенергії висока напруга, що подаєтьсявід високовольтних ліній електропередачі, знову знижується трансформаторами допорівняно невеликих значень (127, 220, 380 і 660 В), при яких працюютьелектричні споживачі, встановлені на фабриках, заводах, у депо і житловихбудинках. На е.. п. з. змінного струму трансформатори застосовують для зменшеннянапруги, що подається з контактної мережі до тягових двигунів ідопоміжним ланцюгах.

Крім трансформаторів, застосовуваних у системах передачі тарозподілу електроенергії, промисловістю випускаються трансформатори:тягові (для е.. п. с), для випрямних установок, лабораторні зрегулюванням напруги, для живлення радіоапаратури та ін Всі цітрансформатори називають силовими.

Трансформатори використовують також для включення електровимірювальнихприладів в ланцюзі високої напруги (їх називають вимірювальними), для електрозварюваннята інших цілей.

Рис. 1. Схема включення однофазного трансформатора

1.2 Пристрій трансформаторів

Трансформатори залежно від конфігурації магнітопроводупідрозділяють на стрижневі, броньові і тороїдальні.

У стержневом трансформаторі (рис. 2, а) обмотки 2 охоплюютьстрижні магнітопроводу 1; в броньовому (рис. 2, б), навпаки, магнітопровід 1охоплює частково обмотки 2 і як би бронює їх; в тороидальном (рис. 2, в)обмотки 2 намотані на магнітопровід 1 рівномірно по всьому колу.

Рис. 2. Пристрій стрижневого (а), броньового (б) і тороїдального(В) трансформаторів

Трансформатори великої і середньої потужності зазвичай виконуютьстрижневими. Їх конструкція простіша і дозволяє легше здійснюватиізоляцію та ремонт обмоток. Перевагою їх є також кращі умовиохолодження, тому вони вимагають меншої витрати обмотувальних проводів.Однофазні трансформатори малої потужності найчастіше виконують броньовими ітороїдальними, так як вони мають меншу масу і вартість у порівнянні зістрижневими трансформаторами через меншого числа котушок і спрощення процесускладання й виготовлення. Тягові трансформатори з регулюванням напруги настороні нижчої напруги - стрижневого типу, а з регулюванням на сторонівищої напруги - броньового типу.

Рис. 3. Магнітопроводи однофазного тягового (а) і силовоготрифазного (б) трансформаторів: 1 - стрижень; 2 - ярмовие балки; 3 - стяжнішпильки; 4 - підстава для установки котушок; 5 - ярмо

Магнітопроводи трансформаторів (рис. 3) для зменшення втрат відвихрових струмів збирають з листів електротехнічної сталі товщиною 0,35 або0,5 мм. Зазвичай застосовують гарячекатану сталь з високим вмістом кремнію абохолоднокатану сталь. Листи ізолюють один від іншого тонким папером або лаком.Стрижні магнітопровода трансформатора середньої потужності мають квадратне абохрестоподібна, перетин, а у більш потужних трансформаторів - ступеневе, за формоюнаближається до кола (рис.4, а). При такій формі забезпечується мінімальнийпериметр стрижня при заданій площі поперечного перерізу, що дозволяєзменшити довжину витків обмоток, а отже, і витрата обмотувальних проводів.У потужних трансформаторах між окремими сталевими пакетами з яких збираютьсястрижні, влаштовують канали шириною 5-6 мм для циркуляції охолоджуючого масла.Ярмо, що з'єднує стрижні, має зазвичай прямокутний перетин, площа якогона 10-15% більше площі перерізу стержнів. Це зменшує нагрів сталі і втратипотужності в ній.

У силових трансформаторах магнітопровід збирають із прямокутнихлистів. Зчленування стрижнів і ярма зазвичай виконують з взаємним перекриттям їхлистів внахлестку. Для цього аркуші у двох суміжних шарах сердечника розташовують,як показано на рис. 4, б, г, тобто листи стрижнів 1, 3 і ярма 2, 4 кожногоподальшого шару перекривають стик у відповідних аркушах попереднього шару,суттєво зменшуючи магнітний опір в місці зчленування. Остаточнузбірку магнітопровода здійснюють після установки котушок на стрижні (рис. 4,в).

У трансформаторах малої потужності магнітопроводи збирають зштампованих листів П-і Ш-подібної форми або з штампованих кілець (рис. 5,а-в).

Рис. 4. Форми поперечного перерізу (а) і послідовність складаннямагнітопроводу (б - г)

Великого поширення набули також магнітопроводи (рис.5, г-ж), навиті з вузької стрічки електротехнічної сталі (зазвичай зхолоднокатаної сталі) або зі спеціальних залізо-нікелевих сплавів.

Рис. 5. Сердечники однофазних трансформаторів малої потужності,зібрані з штампованих листів (о, б), кілець (в) і сталевої стрічки (г-ж)

Обмотки. Первинну і вторинну обмотки для кращої магнітної зв'язкурозпорядженні якомога ближче один до одного: на кожному стрижні 1магнітопроводарозміщують або обидві обмотки 2 і 3 концентрично одну поверх іншої (рис.6, а),або обмотки 2 і 3 виконують у вигляді чергуються дискових секцій - котушок(Рис.6, б). У першому випадку обмотки називають концентричними, у другому -чергуються, або дисковими. У силових трансформаторах зазвичай застосовуютьконцентричні обмотки, причому ближче до стрижням зазвичай розташовують обмоткунижчої напруги, що вимагає меншою ізоляції відносно магніто-проводитрансформатора, зовні - обмотку вищої напруги.

У трансформаторах броньового типу іноді застосовують дисковіобмотки. По краях стрижня встановлюють котушки, що належать обмотці нижчогонапруги. Окремі котушки з'єднують послідовно або паралельно. Втрансформаторах е.. п. с, у яких вторинна обмотка має ряд висновків длязміни напруги, що подається до тяговим двигунам, на кожному стрижнірозташовують по три концентричні обмотки (рис.6, в). Ближче до стрижнярозміщують нерегульовану частина 4 вторинної обмотки, в середині - первиннуобмотку 5 вищої напруги і поверх неї - регульовану частина 6 вторинноїобмотки. Розміщення регульованою частини цієї обмотки зовні спрощує виконаннявисновків від окремих її витків.

У трансформаторах малої потужності використовують багатошарові обмоткиз проводу круглого ...перетину з емалевою або бавовняною ізоляцією, якийнамотують на каркас з електрокартону; між шарами проводів прокладаютьізоляцію зі спеціального паперу або тканини, просоченої лаком.

Рис. 6. Розташування концентричних (а), дискових (б) іконцентричних тришарових (в) обмоток трансформатора

Безперервну спіральну обмотку використовують в якості первинної(Вищої напруги) і регульованою частини вторинної обмотки (нижчоїнапруги). Ця обмотка складається з ряду послідовно з'єднаних плоскихкотушок, що мають однакові розміри. Котушки розташовані один над одним. Міжними встановлюють прокладки і рейки з електрокартону, які утворюютьгоризонтальні і вертикальні канали для проходу охолоджуючої рідини (масла).

Для підвищення електричної міцності при впливі атмосфернихнапружень дві перші і дві останні котушки первинної (високовольтної)обмотки зазвичай виконують з посиленою ізоляцією. Посилення ізоляції погіршуєохолодження, тому площа перерізу проводів цих котушок беруть більшою, ніждля решти котушок первинної обмотки.

Гвинтову паралельну обмотку використовують як нерегульованоїчастини вторинної обмотки. Її витки намотують по гвинтовій лінії в осьовомунапрямку подібно різьбі гвинта. Обмотку виконують з декількох паралельнихпроводів прямокутного перерізу, прилеглих один до одного в радіальномунапрямку. Між окремими витками і групами проводів розташовують каналидля проходу охолоджуючої рідини.

Рис. 7. Безперервна спіральна (а) і гвинтова (б) обмотки потужнихтрансформаторів електричного рухомого складу: 1 - висновки; 2,6 - канали дляпроходу охолоджуючої рідини; 3 - котушки; 4 - опорні кільця; 5 - рейки; 7 -бакелітовий циліндр; 8 - провідники обмотки

1.3 Принцип роботи трансформаторів

Принцип роботи трансформатора пов'язаний з принципом електромагнітноїіндукції. Струм надходить на первинну обмотку створює в магнітопроводімагнітний потік.

Робота трансформатора заснована на явищі електромагнітноїіндукції. На одну з обмоток, звану первинної обмоткою подається напругавід зовнішнього джерела. Протікає по первинній обмотці змінний струм створюєзмінний магнітний потік в магнітопроводі, зрушений по фазі, присинусоїдальному струмі, на 90 В° по відношенню до струму в первинній обмотці. В результатіелектромагнітної індукції, змінний магнітний потік в магнітопроводі створюєу всіх обмотках, у тому числі і в первинній, ЕРС індукції пропорційнупершої похідної магнітного потоку, при синусоїдальному струмі зрушеної на 90 В°по відношенню до магнітного потоку. Коли вторинні обмотки ні до чого непідключені (режим холостого ходу), ЕРС індукції в первинній обмотці практичноповністю компенсує напруга джерела живлення, тому струм черезпервинну обмотку невеликий, і визначається в основному її індуктивнимопором. Напруга індукції на вторинних обмотках в режимі холостогоходу визначається відношенням числа витків відповідної обмотки w2 до числавитків первинної обмотки w1: U2 = U1w2/w1.

При підключенні вторинної обмотки до навантаження, по ній починає тектиструм. Цей струм також створює магнітний потік в магнітопроводі, причому вінспрямований протилежно магнітному потоку, створюваному первинної обмоткою. Врезультаті, в первинній обмотці порушується компенсація ЕРС індукції і ЕРСджерела живлення, що призводить до збільшення струму в первинній обмотці, до тихпір, поки магнітний потік не досягне практично колишнього значення. У цьомурежимі відношення струмів первинної і вторинної обмотки одно зворотному відношеннючисла витків обмоток (I1 = I2w2/w1,) відношення напруг в першому наближеннітакож залишається колишнім.

Схематично, вище сказане можна зобразити таким чином:

U1> I1> I1w1> Ф> Оµ2> I2.

Магнітний потік в магнітопроводі трансформатора зрушать по фазі повідношенню до струму в первинній обмотці на 90 В°. ЕРС у вторинній обмотціпропорційна першій похідній від магнітного потоку. Для синусоїдальнихсигналів першої похідної від синуса є косинус, зсув фази міжсинусів і косинусів становить 90 В°. В результаті, при узгодженому вмиканніобмоток, трансформатор зрушує фазу приблизно на 180 В°. При зустрічномувключенні обмоток додається додатковий зсув фази на 180 В° і сумарнийзсув фази трансформатором становить приблизно 360 В°.

1.4 Досвід холостого ходу

Для випробування трансформатора служить досвід холостого ходу і досвідкороткого замикання.

При досвіді холостого ходу трансформатора його вторинна обмоткарозімкнута і струму в цій обмотці немає (/ 2-0).

Якщо первинну обмотку трансформатора ввімкнути в мережу джерелаелектричної енергії змінного струму, то в цій обмотці буде протікати струмхолостого ходу I0, який являє собою малу величину в порівнянні зномінальним струмом трансформатора. У трансформаторах великих потужностей струмхолостого ходу може досягати значень порядку 5 - 10% номінального струму. Втрансформаторах малих потужностей цей струм досягає значення 25-30% номінальногоструму. Струм холостого ходу I0 створює магнітний потік в магнітопроводітрансформатора. Для збудження магнітного потоку трансформатор споживаєреактивну потужність з мережі. Що ж стосується активної потужності, споживаноїтрансформатором при холостому ході, то вона витрачається на покриття втратпотужності в магнітопроводі, обумовлених гістерезисом і вихровими струмами.

Так як реактивна потужність при холостому ході трансформаторазначно більше активної потужності, то коефіцієнт потужності cos П† йогодуже малий і звичайно дорівнює 0,2-0,3.

За даними досвіду холостого ходу трансформатора визначається силаструму холостого ходу I0, втрати в сталі сердечника Рст і коефіцієнттрансформації К.

Силу струму холостого ходу I0 вимірює амперметр, включений в ланцюгпервинної обмотки трансформатора.

При випробуванні трифазного трансформатора визначається фазний струмхолостого ходу.

Про втрати в сталі сердечника Pст судять за показниками ватметра,включеного в ланцюг первинної обмотки трансформатора.

Коефіцієнт трансформації трансформатора дорівнює відношенню показаньвольтметрів, включених в ланцюг первинної і вторинної обмоток.

1.5 Схема трансформатора на холостому ходу

Рис. 8. - Схема однофазного трансформатора

холостим ходом трансформатора називається режим роботи, коли допервинної обмотки трансформатора докладено напруга, а вторинна обмотказнаходиться в розімкнутому стані, отже, струм у первинній обмотціє намагнічується, при цьому величина його незначна і становить 5-8%від величини номінального струму. При холостому ході трансформатора, не звертаючиуваги на падіння напруги в первинній обмотці трансформатора I01 В· z1, можнаприйняти, що е.р.с. в обох обмотках трансформатора чисельно рівні напругамна їх затискачах:

E1 ≈ U01 і E2 ≈ U02.

Розділимо е.р.с. первинної обмотки на е.р.с. вторинної обмотки,отримаємо:

E1/E2 = W1/W2, отже, е.р.с., індуковані в обмоткахтрансформатора, пропорційні числам витків обмоток.

Так як при холостому ході E1 ≈ U01 і E2 ≈ U02, томожна записати:

E1/E2 ≈ U01/U02 = W1/W2.

Значить, і напруга на первинній стороні U1, а також і навторинній стороні U2 трансформатора пропорційні числам витків обмотоктрансформатора.

1.6 Досвід холостого короткого замикання трансформатора

При короткому замиканні вторинної обмотки опіртрансформатора дуже мало і струм короткого замикання у багато разів більшеномінального. Такий великий струм викликає сильне нагрівання обмоток трансформатораі призводить до виходу його з ладу. Тому трансформатори забезпечуються захистом,відключаючої його при коротких замиканнях.

При досвіді короткого замикання вторинна обмотка трансформаторазамкнута накоротко, тобто напруга на затискачах вторинної обмотки дорівнює нулю.Первинна обмотка включається в мережу з таким зниженою напругою, при якомуструми в обмотках дорівнюють... номінальним. Таке знижена напруга називаєтьсянапругою короткого замикання і звичайно дорівнює 5,5% від номінального значення.

За даними досвіду короткого замикання визначають величину втрат уміді Ям, тобто втрат на нагрівання обмоток. Частіше проводять досвід трифазногокороткого замикання, при якому підводиться напруга знижується до 10-20% від Uном для електродвигунів з фазним ротором і до 20-30% для електродвигунів зкоротко-замкнутим ротором. Можна також проводити досвід короткого замикання приоднофазному струмі, підбиваючи напруга черзі до двох висновків обмотки статора(Ротор загальмований).

При проведенні досвіду однофазного короткого замикання у фазнихдвигунів ротор їх замикають накоротко і загальмовують, а до двох фаз статорапідводять напругу, рівну 50-60% від номінального. Величина подводимогонапруги у всіх випадках проведення досвіду короткого замикання повинна бутитакий, щоб струм в обмотках двигуна був номінальний. Тривалість досвідукороткого замикання потрібно скорочувати до мінімуму.

З даних дослідів холостого ходу і короткого замикання визначаютьномінальний ККД.

Глава 2.Технологія обслуговування, ремонт силових трансформаторів

2.1Технічне обслуговування, монтаж трансформаторів

Монтажелектростанції.Територія

При роботіумов.деталей.

При підготовці

Для

При

Поточний

Періодичністьрази на рік.

ПоточнийПеревіряютьПроводять

При добре

У кожного

Величинутрансформатора.формулою.

Щоб30%.

Всі

Зазначені

Сучасніцілості.Максимально

Особливістюохолодження.В

Величиназначення.

Необхідною

Температурутермометрами.

При

а)

б)

в)

г)

Перевіркуустановку.Таке

2.3 Методи

Впідрозділяються на наступні групи:

1-я група.

2-я група.Ітел;

3-я група.Трансформатори потужністю 10000 к • А і вище, які транспортуються з маслом безрасширителя;

4-я група.Трансформатори 110 кВ і вище, які транспортуються повністю залитими маслом;

5-а група.Трансформатори 110 кВ і вище, транспортуються без масла з автоматичноїпідживленням азотом;

6-а група.Трансформатори 110 кВ і вище, які транспортуються частково залитими маслом безрозширювача.

Захарактеристикам та геометричним розмірам всі трансформатори підрозділяються нанаступні габарити:

I габарит.Трансформатори до 35 кВ включно потужністю 5-100 к • А;

II габарит.Трансформатори до 35 кВ включно потужністю 135 - 500 к • А;

Ш габарит.Трансформатори до 35 кВ включно потужністю 750 - 5600 к • А;

IV габарит.Трансформатори до 35 кВ включно потужністю 7500 к • А і більше татрансформатори напругою від 35 до 121 кВ будь-якої потужності;

V габарит.Трансформатори напругою від 121 до 330 кВ будь-якої потужності;

VI габарит.Трансформатори напругою 500 і 750 кВ будь-якої потужності.

2.4Можливі несправності та способи усунення

Аварії,пов'язані з пожежею трансформаторів. При грозовому розряді і перекритті введеннятрансформатора може виникнути пожежа трансформатора. Масло, що випливає підтиском, загоряється.

Привиникненні пожежі трансформатора необхідно зняти з нього напругу (якщо вінне відключився від дії захисту), викликати пожежну команду, повідомитикерівництво підприємства і приступити до гасіння пожежі. При гасінні пожежіслід вжити заходів для запобігання поширення вогню, виходячи звиниклих умов. При фонтанування масла з вводів і пошкодженихущільнень необхідно для зменшення тиску масла спустити частину масла вдренажні пристрої. При неможливості ліквідувати пожежу основна увагаповинна приділятися захисту від вогню розташованих поруч трансформаторів та іншогонеушкодженого обладнання.

Якщоознак ушкодження (потріскування, клацання всередині бака, викид мастила) невиявлено, а сигнал газового захисту з'явився, то відбирати проби газу на аналізможна без відключення трансформатора. При виявленні горючого газу або газу,містить продукти розкладання, трансформатор повинен бути негайно відключений,після чого на ньому повинні бути проведені вимірювання та випробування.

Якщоперевіркою встановлено, що виділяється негорючий газ і в ньому відсутніпродукти розкладу, то встановлюють спостереження за роботою трансформатора іподальшим виділенням газу. При частішанні появи газу в реле і роботи захистуна сигнал трансформатор слід відключити.

Спільнеспрацьовування газової та диференціальної захистів трансформатора говорить про серйозніпошкодженнях усередині трансформатора.

Газовазахист. У випадках помилкового спрацьовування газового захисту допускається однеповторення включення трансформатора при відсутності видимих ​​зовнішніх ознакйого пошкодження. Якщо відключення трансформатора сталося внаслідок діїзахистів, які не пов'язані з його пошкодженням, можна включати трансформатор вмережу без його перевірки.

Глава 3. Охоронапраці та правила безпеки при монтажі та ремонті електроустаткування

Передпочатком роботи електромонтажник зобов'язаний:

а)пред'явити керівнику робіт посвідчення про перевірку знань безпечнихметодів робіт, отримати завдання і пройти інструктаж на робочому місці поспецифіці виконуваних робіт;

б) надітиспецодяг та спецвзуття встановленого зразка;

в) привиконанні робіт підвищеної небезпеки ознайомитися із заходами,забезпечують безпечне проведення робіт, і розписатися в наряді-допуску,виданому на доручається роботу.

Післяотримання завдання електромонтажники зобов'язані:

а)перевірити робоче місце, проходи до нього й огородження на відповідністьвимогам безпеки, при необхідності виконати заходи, зазначені внаряді-допуску. Видалити сторонні предмети і матеріали;

б)перевірити справність устаткування, пристосувань і інструмента, а такождостатність освітлення робочих місць;

в)підібрати, попередньо перевіривши справність і терміни останніх випробувань,засоби захисту і пристосування, застосовувані для роботи: діелектричні івимірювальні штанги (кліщі), покажчики напруги, інструмент з ізольованимиручками, діелектричні рукавички, боти, калоші і килимки; підмости, сходи,запобіжні пояси та ін;

г)перевірити справність редукторів і манометрів балонів з газами, герметичністьбутлів з електролітом, кислотою, лугом, цілісність упаковкипіротехнічних, термітних патронів та сірників, епоксидних і поліуретановихкомпаундів, затверджувачів і т.д.

Електромонтажникине повинні приступати до роботи при наступних порушеннях вимог безпеки:

а)загазованості приміщень, де належить працювати;

б)відсутності або несправності приточно-витяжної вентиляції, відсутностіспеціальних розчинів для нейтралізації розлитого електроліту, кислоти аболугу при роботах в акумуляторній;

в)відсутності або несправності риштувань, настилів, риштовання або інших засобівпідмощування, наявності необгороджених прорізів і перепадів по висоті в зонівиробництва робіт;

г)несправності засобів захисту від падіння при роботі на висоті (запобіжніпояси, страхувальні канати і т.д.);

д)несвоєчасному проходженні чергових випробувань (технічного огляду) засобівпідмощування, сходів, індивідуальних (колективних) засобів захисту;

е)відсутності видимих ​​розривів електричних ланцюгів, за якими може бути подананапруга на місце робіт, і захисного заземлення відключеної частиниелектроустановки;

ж)відсутності або закінчення терміну дії наряду-допуску при роботі в діючихелектроустановках;

Списоклітератури

1. Китаїв В.Є. Трансформатори. Москва, В«Вища школаВ», 2004р.

2. Грумбіна А.Б. Електричні машини і джерела живлення РЕА.Москва,

3. В«ЕнергоатоміздатВ», 2000р.

4. Сидоров І.Н., Кушнірів С.В. Трансформатори побутовоїрадіоелектронної апаратури, Москва В«Радіо і зв'язокВ», 2004р.

5. Нестеренко В.М. Технологія електромонтажних роб...іт, М, 2006р.

6. Соколов Б.А. Монтаж електротехнічних установок. - М., 2003р.

7. ктитором А.Ф.Сеті виробничих приміщень. - М., 2007р.

8. Виробниче навчання електромонтажників з освітлення,освітлювальним і силових мереж електрообладнання. - М., 2006р.

Додаток

Безперервнаспіральна (а) і гвинтова (б) обмотки потужних трансформаторів електричногорухомого складу: 1 - висновки; 2,6 - канали для проходу охолоджуючої рідини;3 - котушки; 4 - опорні кільця; 5 - рейки; 7 - бакелітовий циліндр; 8 -провідники обмотки

---

Вернуться назад