КОНСТРУИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Название: КОНСТРУИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Автор: А. В. САПОЖНИКОВ
Формат: djvu
Страниц: 361
Издатель: госэнергоиздат
Описание

Для передачи и распределения электроэнергии служат силовые трансформаторы; при помощи их осуществляется повышение напряжения до 110—500 кВ, необходимого для дальних передач, ступенчатое понижение до напряжения приемников электроэнергии, а также связь сетей. В современных энергетических системах общая мощность установленных трансформаторов равна –примерно шестикратной мощности генераторов электрических станций. На части силовых трансформаторов осуществляется регулирование напряжений (изменение коэффициента трансформации) под нагрузкой (РПН), в том числе автоматическое регулирование.

В промышленности, на транспорте, в строительстве применяется много специальных силовых трансформаторов различных типов для электропечей, питания ртутных выпрямителей, электросварочных агрегатов, запуска мощных электродвигателей и др.

Наряду с трансформаторами применяются автотрансформаторы — силовые, регулировочные и др., а также силовые трансформаторы для последовательного включения — так называемые вольтодобавочные.

Для измерения тока и напряжения служат измерительные трансформаторы. Высокие напряжения для испытания и исследования оборудования высокого напряжения получают при помощи испытательных трансформаторов:

К трансформаторостроению относятся реакторы различных типов — токоограничивающие, для компенсирования емкости линий электропередач высокого напряжения, заземляющие и т. п., дугогасящие катушки и другие подобные аппараты.

В трансформаторостроении главное место по объему производства занимают масляные силовые трансформаторы общего назначения, т. е. повышающие и понижающие с масляным охлаждением, применяемые на линиях электропередач и в распределительных сетях. Эта основная категория охватывает большое число различных типов трансформаторов трехфазных и однофазных, двух- и трехобмоточных мощностью от единиц киловольтампер до десятков и сотен тысяч киловольтампер, на напряжения от сотен вольт до 500 кв. От мощности и напряжения, от числа фаз и числа обмоток, условий установки и др. зависят общая конструкция трансформаторов, размеры, устройство их отдельных частей и деталей. Вес силовых трансформаторов небольшой мощности составляет десятки и сотни килограммов, а вес крупных единиц достигает 100—200 т и более.

Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложную конструкцию с сильными электрическими: и магнитными полями; отдельные узлы и элементы конструкции подвергаются значительным механическим нагрузкам, воздействию высоких напряжений; в магнитопроводе и обмотках выделяется большое количество тепла и. они должны интенсивно охлаждаться маслом; конструкция трансформатора включает: устройство для охлаждения самого масла, а также большое число вспомогательных электрических и механических частей и приспособлений. Эксплуатационная надежность конструкции трансформаторов имеет важное значение для бесперебойного энергоснабжения; приспособленность конструкции к условиям перевозки и монтажа определяет объем и стоимость работ то установке трансформатора, а приспособленность конструкции к условиям обслуживания влияет на стоимость эксплуатации.

Конструирование трансформаторов включает широкий круг технических задач. Конструктивная разработка должна выполняться в полном соответствии с расчетом трансформатора с тем, чтобы были осуществлены предусмотренные расчетом электромагнитные и энергетические характеристики и показатели. При конструировании нужно обеспечить динамическую и тепловую стойкость обмоток при коротком замыкании трансформатора, необходимую электрическую прочность изоляции и механическую прочность отдельных узлов. Высокое качество всей конструкции должно обеспечивать эксплуатационную надежность трансформатора в целом. Все части трансформатора должны быть высокого качества также в отношении их внешнего вида. Трансформаторы необходимо конструировать таким образом, чтобы объем работы по их монтажу на месте установки был возможно меньше. Конструкцию узлов и частей нужно осуществлять с возможно меньшим расходом материалов и возможно менее трудоемкой в изготовлении, с тем чтобьї снизить стоимость трансформатора до минимума.

Перечисленные общие задачи определяют условия конструирования и серьезные требования к подготовке и квалификации конструкторов.

Решение отдельных задач конструирования связано с вопросами теории и расчета трансформаторов, техникой высоких напряжений, электроматериаловедением и др. Большое применение в конструировании имеют расчеты механической прочности.

Конструктор должен хорошо знать технологические процессы производства трансформаторов, заводское оборудование и приспособления. В процессе создания новых конструкций тщательно прорабатывается вопрос о необходимом новом технологическом оснащении. В отдельных случаях приходится проверять приемлемость тех или иных конструктивных решений в технологическом отношении изготовлением опытных образцов. Конструктор участвует в этой технологической проработке конструкции.

Внедрение новых типовых и массовых конструкций обычно затрагивает организацию и экономику производства. Поэтому конструктору необходимо достаточно хорошо ориентироваться и в этой области.

Конструктору должны быть известны требования, предъявляемые к конструкции в связи с условиями перевозки и монтажа трансформаторов. Он должен быть знаком и с условиями их обслуживания, так как удобство обслуживания зависит от устройства некоторых частей трансформатора и от оснащения конструкции вспомогательными приспособлениями.

Совершенствование существующих и создание новых конструкций в значительной мере основываются на научно-исследовательской работе. Решение задач конструирования связано с изучением и внедрением в конструкции результатов выполненных научно-исследовательских работ и с выявлением новых тем теоретических и экспериментальных разработок, необходимых для развития конструкций.

Для того чтобы работа заводского конструктора была максимально производительной, должно осуществляться творческое содружество конструкторов с технологами и производственниками; необходимо привлекать технологов к рассмотрению новых разрабатываемых конструкций уже на ранних стадиях проектирования. Во многих случаях для наиболее правильного в технологическом отношении решения задачи конструктору следует советоваться с цеховыми работниками, изучать опыт передовиков производства.

Совершенствование конструкции и развитие технологии производства — две тесно связанные стороны технического прогресса, в частности в области трансформаторостроения. Поэтому конструктору необходимо внимательно следить за развитием технологии производства и в то же время самому оказывать влияние на развитие технологии с тем, чтобы оно увязывалось с общими задачами совершенствования трансформаторов.

Конструктор должен быть хорошо знаком с данными о трудоемкости изготовления деталей и узлов, с ценами на основные применяемые в трансформаторах материалы.

Типы конструкций трансформаторов

Для мирового трансформаторостроения характерно большое разнообразие конструкций основных частей трансформаторов: магнитопроводов, обмоток, баков, вводов и пр. Однако в отношении общего устройства подавляющее большинство трансформаторов относится к одному из двух основных типов, коренным образом отличающихся друг от друга выполнением магнитопровода и обмоток, стержневому или броневому типу трансформаторов.

В магнитопроводе стержневого типа стержни вертикальные, ступенчатого поперечного сечения, вписывающегося в круг; на них расположены обмотки круглой (цилиндрической) формы (рис. 1-1). Броневой магнитопровод отличается горизонтальным расположением стержней, -имеющих прямоугольное поперечное сечение (отношение сторон прямоугольника 1 : 2—1 : 3). Соответственно этому обмотки броневого трансформатора — прямоугольной формы. У обмоток можно выделить «лобовые» (меньшая сторона (прямоугольника) и «боковые» части; последние закрыты — «бронированы» ярмами; отсюда название — броневой тип. Ярма замыкают стержни, разветвляясь на две параллельные ветви и образуя разветвленную магнитную цепь.

В стержневых трансформаторах обмотки располагают, как правило, концентрически одна относительно другой, например обмотку НН — внутри обмотки ВН. Это так называемое концентрическое

расположение обмоток. В броневых трансформаторах применяют чередующееся расположение обмоток.

Стержневой и броневой трансформаторы одинаковой мощности, с одинаковыми потерями и т. д. выполняются с разными основными размерами магнитопровода: поперечное сечение стержня у броневого магнитопровода обычно примерно в 2 раза больше, чем у стержневого, а длина стержня соответственно меньше. Различное устройство и расположение магнитопровода и обмоток в стержневом и броневом трансформаторах приводят к различию в конструкции бака, отводов и пр.

Разновидностью стержневого типа являются трансформаторы с вертикальными стержням и цилиндрическими обмотками, но с разветвленной магнитной цепью, с горизонтальными и вертикальными ярмами. Разветвление ярем уменьшает их высоту и позволяет снизить общую высоту магнитопровода и выемной части трансформатора. Но при этом, как правило, увеличивается вес активной стали.

Особый тип -конструкции — трансформаторы фирмы Броун-Бовери (Швейцария) с радиальной сборкой пластин магнитопровода. В этой конструкции стержень одностержневого однофазного трансформатора представляет полый цилиндр, образованный радиально расположенными пластинами. Вокруг стержня находятся П-обравные ярма.

На данный момент для силовых трансформаторов принят стержневой тип. Он имеет значительно» большее распространение, чем броневой. Основное преимущество стержневого типа — цилиндрическая форма обмоток, более простых и менее трудоемких в изготовлении, чем прямоугольные обмотки броневых трансформаторов; прямоугольные обмотки отличаются меньшей сопротивляемостью механическим усилиям, возникающим при коротком замыкании. Изоляционная конструкция броневого трансформатора высокого напряжения значительно сложнее и более трудоемка, чем стержневого.

Развитие конструкции трансформаторов.

Отечественная конструкция трансформаторов существующих серий отличается простотой и в связи с этим относительно небольшой трудоемкостью изготовления. В трансформаторостроении достигнуты высокая производительность труда и большой съем продукции с одного квадратного метра производственных площадей. В основном простота и малая трудоемкость конструкции сочетаются с экономичностью и высокими эксплуатационными показателями. Однако частично эта простота достигается ценой увеличения расхода материалов, веса и габаритов и связана иногда с недостаточными экономическими и эксплуатационными показателями.

Задачи, выдвигаемые отечественной энергетикой, настоятельно требуют усовершенствования конструкции трансформаторов. Изучение советского опыта производства и эксплуатации и передовой в техническом отношении заграничной практики показывает, что целесообразно идти на некоторое усложнение конструкции, с тем чтобы снизить расход материалов, уменьшить габариты, повысить эксплуатационные показатели трансформаторов.