1.2.2. Устройство обмоток

По способу расположения на стержне обмотки подразделяются на концентрические (рис. 1.10а) и дисковые или чередующиеся (рис. 1.10б).

а б

Рис 1.10. Типы обмоток трансформатора: а – концентрические; б - чередующиеся

Концентрические обмотки выполняются в виде цилиндра. Они на стержне располагаются концентрически относительно друг друга, т. е. одна поверх другой. В высоковольтных трансформаторах ближе к стержню обычно располагается обмотка НН, требующую меньшей изоляции относительно стержня, а обмотка ВН располагается снаружи. Высота обмоток ВН и НН обычно делается равной. В чередующихся обмотках катушки НН и ВН чередуются вдоль стержня по высоте.

В силовых трансформаторах нашли применение в основном концентрические обмотки, которые по способу намотки подразделяются на цилиндрические, винтовые и спиральные.

Цилиндрической называется обмотка, витки которой наматываются вдоль стержня впритык друг к другу. При большом количестве витков обмотка выполняется в виде двух слоев, между которыми оставлен канал для охлаждения. Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки применяются главным образом в качестве обмоток НН при номинальных токах до 800 А.

Многослойные цилиндрические обмотки выполняется преимущественно из провода круглого сечения, которые размещаются вдоль стержня в несколько слоев, между слоями прокладывается изоляция из кабельной бумаги. При большом количестве слоев обмотка подразделяется на две концентрические катушки, между которыми оставляется канал для охлаждения. Эти обмотки применяются при мощностях на стержень S200кВА, при токе на обмотку стержня I_ст135А и напряжении U_л.н35кВ.

Винтовая обмотка состоит из витков, которые составлены из нескольких (от 4 до 20) параллельных проводников прямо-

угольного сечения, прилегающих друг к другу в радиальном направлении один относительно другого. Намотка витков этой обмотки выполняется по винтовой линии, может иметь несколько слоев, но при этом между соседними витками имеется канал для охлаждения.

Спиральная обмотка составляется из ряда расположенных по высоте стержня и соединенных последовательно катушек, намотанных по плоской спирали, с радиальными охлаждающими каналами между всеми или частью катушек. Катушки спиральных обмоток наматываются из провода прямоугольного сечения и могут иметь целое или дробное число витков, соединяемых без пайки. Этот тип обмоток применяется для обмоток ВН и НН в диапазоне напряжений от 3 до 220 кВ и мощностях от 160 до 63 000 кВА на стержень.

1.2.3. Охлаждение трансформаторов

Конструктивное исполнение трансформатора определяется способом его охлаждения, который зависит от номинальной мощности. В силовых трансформаторах для отвода тепла от обмоток и магнитопровода применяют воздушное охлаждение, масляное охлаждение и охлаждение посредством жидкого негорючего диэлектрика.

Трансформаторы с естественным воздушным охлаждением называют сухим (трансформаторы типа С). При естественном воздушном охлаждении магнитопровод, обмотки и другие части трансформатора имеют непосредственное соприкосновение с окружающим воздухом, поэтому их охлаждение происходит путем конвекции воздуха и излучения. Сухие трансформаторы устанавливают внутри помещений в пожаробезопасных местах. Из-за меньшей теплопроводности воздуха по сравнению с маслом сухие трансформаторы допускают меньшие электромагнитные нагрузки, чем масляные трансформаторы при одинаковых сечениях магнитопровода и проводников обмоток. Как следствие этого, масса активных частей сухих трансформаторов больше, чем масляных. В настоящее время сухие трансформаторы имеют мощности до 10 МВА и напряжение обмотки ВН до 35 кВ. Сухие трансформаторы могут иметь открытое, защищенное или герметическое исполнение. Трансформаторы защищенного исполнения закрывают защитным кожухом с отверстиями, герметического исполнения – герметическим кожухом. Для повышения интенсивности охлаждения применяют обдув трансформатора с помощью вентилятора, такие трансформаторы называются сухие с дутьем (трансформаторы типа СД).

В трансформаторах с естественным масляным охлаждением (трансформаторы типа М) магнитопровод с обмотками погружают в бак, наполненный тщательно очищенным минеральным (трансформаторным) маслом, которое обладает более высокой теплопроводностью, чем воздух. Внутри бака возникает естественная конвекция масла: масло возле обмоток и сердечника нагревается и подымается вверх, а у стенок бака охлаждается и опускается вниз. Стенки бака, имеющего большую площадь охлаждения, чем трансформатор отдают тепло в окружающую среду путем лучеиспускания и конвекции воздуха. Трансформаторное масло обеспечивает также повышение электрической прочности изоляции и предотвращает её увлажнение. При правильной эксплуатации масляного трансформатора, когда температура изоляции в наиболее нагретом месте не превышает 95⁰С, трансформатор может служить 20-25 лет. Повышение температуры на 8⁰С приводит к сокращению срока службы трансформатора примерно в два раза. В трансформаторах мощностью 40 кВА выделяется сравнительно небольшое количество теплоты, поэтому их баки имеют гладкие стенки. У более мощных трансформаторов (40-1600 кВА) поверхность охлаждения бака искусственно увеличивают вваривая в стенки бака трубы диаметром 30-60 мм, располагаемые в один – три ряда, в которых масло циркулирует за счет конвекции. В некоторых странах применяют баки с ребристыми стенками, однако они менее прочны и более трудоемки в изготовлении. В трансформаторах мощностью более 1600 кВА к баку присоединяют с помощью патрубков с фланцами дополнительные трубчатые теплообменники (радиаторы) для увеличения пути циркуляции масла и интенсивности охлаждения. Масляные трансформаторы с естественной циркуляцией масла применяются для мощностей 10-10000 кВА.

Масляные трансформаторы мощностью 10000-63000 кВА выполняются с дополнительным обдувом воздухом с помощью вентиляторов. Каждый радиатор обдувается двумя вентиляторами, при этом теплоотдача увеличивается в 1,5-1,6 раза. Такие трансформаторы называются масляные с дутьем и обозначаются тип Д.

В масляных трансформаторах типа ДЦ охлаждение осуществляется с помощью обдува воздухом и принудительной циркуляции масла. В таких трансформаторах масло насосом откачивается из бака и прогоняется через дополнительные радиаторы, обдуваемые воздухом с помощью вентиляторов. Трансформаторы типа ДЦ применяются при мощностях 16000-250000 кВА.

В масляных трансформаторах типа МВ нагретое масло проходит через теплообменники, охлаждаемые водой, циркуляция масла происходит за счет естественной конвекции. Если циркуляция масла осуществляется с помощью насоса, то масло-водяные трансформаторы обозначаются, как тип Ц. Масловодяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла и воды применяется для самых мощных трансформаторов.

Трансформаторы с охлаждением типа Н и НД выполняют с герметизированным баком, который заполняют негорючим жидким диэлектриком. Обычно применяют негорючие синтетические материалы, например, совтол. Эти материалы имеют примерно такие же электроизоляционные свойства и теплопроводность, как и трансформаторное масло. Эти трансформаторы применяются в закрытых помещениях требующих повышенной пожаробезопасности. В трансформаторах типа Н осуществляется естественная циркуляция жидкого диэлектрика между баком и теплообменником, в трансформаторах типа НД теплообменник обдувается вентиляторами так же, как в масляных трансформаторах. Применение совтола ограничивается более высокой по сравнению с маслом стоимостью и токсичностью его паров.