Способы охлаждения электрических машин и трансформаторов

Обновлено: 09.05.2024

Конструктивные исполнения электрических машин по способам охлаждения

По способу охлаждения электрические машины могут быть классифицированы по нескольким признакам.
I. В зависимости от наличия или отсутствия вентилятора различают:
1) машины с естественным охлаждением, не имеющие специальных вентиляторов (циркуляция охлаждающего воздуха осуществляется за счет вентилирующего действия вращающихся частей машины и явления конвекции). Этот тип охлаждения применяется обычно в открытых машинах;
2) машины с искусственным охлаждением за счет вытяжной (рис. 2, ё) или нагнетательной (рис. 2, а, б, г, д) вентиляции, в которых движение охлаждающего газа (обычно воздуха) или жидкости обеспечивается специальным вентилятором. Машины с искусственным охлаждением могут быть подразделены на следующие группы:
машины с самовентиляцией, имеющие вентилятор на валу (защищенные или закрытые, рис. 2, а, г, ж);
машины с независимой вентиляцией, вентилятор которых приводится во вращение посторонним двигателем (обычно закрытые, рис. 2, д, е).
II. В зависимости от того, какие части в машинах с искусственным охлаждением обдуваются воздухом, различают:
1) обдуваемые машины (рис. 2, а) — закрытые машины, в которых осуществляется принудительное охлаждение только внешней наружной поверхности машины, иногда специально развитой при помощи выступающих ребер;
2) продуваемые машины (рис. 2, б, г, ж) — защищенные или закрытые машины, в которые воздух попадает извне, омывает нагретые поверхности активных частей (обмоток и магнитопровода) и затем выбрасывается наружу.
В обдуваемых закрытых машинах обычно при помощи встроенных вентиляторов усиливают циркуляцию воздуха внутри машин для интенсификации переноса тепла от активных частей, в которых выделяются потери, к частям, наружная поверхность которых охлаждается внешним обдувом (закрытые машины средней мощности для работы в пыльных помещениях, рис. 2, в).
III. В зависимости от направления движения охлаждающей среды относительно активных частей в машинах с внутренней вентиляцией различают:
1) машины с аксиальной вентиляцией (с внутренней вентиляцией, рис. 2, в);

Рис. 2. Конструктивные схемы электрических машин с различными способами охлаждения:
а — обдуваемая машина с самовентиляцией; б, г — продуваемая машина с самовентиляцией; в — обдуваемая машина с встроенным вентилятором; д — машина с разомкнутой нагнетательной независимой системой вентиляции, с забором воздуха снаружи по трубопроводу и выбросом наружу по трубопроводу; е — машина с замкнутой независимой системой вентиляции; ж — машина с разомкнутой системой самовентиляции с забором охлаждающего воздуха снаружи; / — охлаждаемая машина; 2 — двигатель независимого вентилятора; 3 — трубопровод для нагретого воздуха (газа); 4 — трубопровод для холодного воздуха (газа); 5 — газоохладитель, охлаждаемый водой

2) машины с аксиально-радиальной вентиляцией (рис. 2, г);
3) машины с радиальной вентиляцией (рис. 2, б).
IV. В зависимости от способа охлаждения нагретого в машине газа (обычно воздуха) различают:
1) машины с разомкнутой, или протяжной, системой вентиляции — защищенные или закрытые машины, в которых охлаждающий газ засасывается из окружающего помещения или снаружи и выбрасывается в окружающее помещение или наружу.
Для машин малой и средней мощности, работающих в просторных помещениях с чистым воздухом, источником и местом выброса охлаждающего воздуха является помещение, в котором установлена машина (рис. 2, б, г).
Забор воздуха снаружи (из атмосферы) по трубопроводу и выброс его в окружающее помещение применяются в закрытых машинах, работающих в помещениях с загрязненным воздухом (рис. 2, ж).
Забор воздуха из окружающего помещения и выброс наружу по трубопроводу применяется в мощных машинах во избежание чрезмерного нагрева помещения.
Забор воздуха снаружи (из атмосферы) по трубопроводу и выброс его наружу по трубопроводу применяются в крупных машинах (например, гидрогенераторах), установленных в местностях с чистым воздухом, во избежание чрезмерного нагрева воздуха в помещении и движения его с большой скоростью (рис. 2, д);
2) машины с замкнутой системой вентиляции — закрытые машины, в которых циркулирует постоянный объем воздуха или другого газа, например водорода, охлаждаемого в газоохладителе водой (рис. 2, е); газоохладитель иногда встраивается в машину.
V. В зависимости от того, какое вещество применено в качестве охлаждающей среды, различают машины с воздушным, водородным, масляным и водяным охлаждением. В одной машине могут быть применены одновременно несколько охлаждающих веществ (например, водородное охлаждение ротора и масляное охлаждение статора турбогенератора).
Если охлаждение обеспечивается за счет испарения жидкости, то система охлаждения называется испарительной.
VI. В зависимости от способа охлаждения обмоток различают
1) машины с косвенным (поверхностным) охлаждением, при котором охлаждающий газ или жидкость непосредственно не соприкасается с проводниками обмотки;
2) машины с непосредственным (внутренним) охлаждением, при котором охлаждающий газ или жидкость либо соприкасается с проводниками обмотки, либо протекает по специальным охлаждающим каналам, выполненным в виде встроенных в обмотку тонкостенных коробок из немагнитного материала, покрытых тонким слоем изоляции. Система внутреннего охлаждения применяется в высокоиспользованных электрических машинах большой мощности, например крупных турбо- и гидрогенераторах, особо мощных и уникальных асинхронных короткозамкнутых двигателях.

Охлаждение электрических машин

По способу охлаждения электрические машины разделяют на два вида:

1). Машины с естественным охлаждением – не имеют вентиляторов или каких-либо других устройств, способствующих охлаждению машины, т. е. охлаждаются в основном естественным путём за счёт теплопроводности (передачи тепла внутри твёрдого тела) и конвекции (движение нагретых частиц воздуха вверх, уступая своё место менее нагретым). Естественное охлаждение применяют либо в открытых машинах большой мощности, либо в закрытых машинах небольшой мощности, работа которых не сопровождается значительным нагревом.

2). Машины с искусственным охлаждением – имеют специальное устройство, обычно вентилятор, создающий движение в машине газа, охлаждающего нагретые части машины. Значительную группу этих машин составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор закреплён на валу машины; в процессе работы он «прогоняет» охлаждающий воздух через машину. Самовентиляция может быть наружной (обдувается внешняя поверхность статора) и внутренней (обдуваются внутренние части машины через специальные отверстия в статоре и подшипниковых щитах).

В электрических машинах, работающих с повышенными электродинамическими нагрузками, самовентиляция становится малоэффективной. Поэтому в таких машинах применяют независимую вентиляцию от специальных вентиляторов, имеющих собственный привод. Независимую вентиляцию применяют для мощных тяговых двигателей и генераторов, а также для электрических машин, работающих во взрывоопасной или химически активной среде. Система независимой вентиляции может быть разомкнутой (вентилятор нагнетает воздух в машину из атмосферы и затем выбрасывает его наружу) и замкнутой (вентилятор нагнетает хладагент в машину из замкнутой системы – трубопровода и охладителя). В качестве хладагента применяют воздух, водород, воду и т. д.

В гигантских электрических машинах (мощностью 6000 кВт и более) применяют замкнутую систему вентиляции, используя в качестве хладагента водород. Водородное охлаждение имеет ряд преимуществ:

- способствует снижению потерь на вентиляцию т. к водород в десять раз легче воздуха;

- водород не поддерживает горение, что снижает опасность возгорания;

- имея в (6÷7) раз большую, чем воздух теплопроводность, водород интенсивнее охлаждает машину;

- водородное охлаждение увеличивает срок службы изоляции т. к. препятствует образованию нитратов, разъедающих органические составляющие изоляционных материалов.

Охлаждение трансформаторов

Отсутствие у трансформаторов вращающихся частей уменьшает нагрев трансформаторов из-за отсутствия механических потерь, но и усложняет процесс охлаждения, т. к. исключает самовентиляцию. Поэтому основной способ охлаждения трансформаторов – естественное охлаждение, однако в мощных трансформаторах применяют более эффективные способы охлаждения. Основные способы охлаждения трансформаторов:

1). Естественное воздушное охлаждение – происходит за счёт излучения теплоты и естественной конвекции воздуха, его применяют в трансформаторах низкого напряжения при их установке в сухих закрытых помещениях.

2). Естественное масляное охлаждение – при этом магнитопровод с обмотками помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом, которое омывает нагреваемые части трансформатора, путём конвекции отводит теплоту и передаёт её стенкам бака, которые охлаждаются путём излучения теплоты и конвекции воздуха. Для увеличения охлаждаемой поверхности бака его делают ребристым или устанавливают на нём трубчатые радиаторы. Трансформаторное масло обладает высокими электроизоляционными свойствами и, пропитывая изоляцию обмоток, улучшает её свойства и повышает надёжность трансформаторов, однако масляное охлаждение усложняет и удорожает эксплуатацию трансформаторов, т. к. требует периодического контроля качества масла и периодической его замены.

3). Масляное охлаждение с дутьём – при этом трансформатор снабжают вентилятором, который обдувает радиаторы трансформатора снаружи, а внутри остаётся естественная конвекция. Его применяют в трансформаторах мощностью свыше 10000 кВт. При снижении нагрузки до 50% вентиляторы обычно отключают, т. е. переходят на естественное масляное охлаждение.

4). Масляное охлаждение с дутьём и принудительной вентиляцией масла – при этом с помощью насоса создают принудительную циркуляцию трансформаторного масла через специальный охладитель (радиатор), собранный из трубок и, кроме того через воздухоотделитель и фильтр, где освобождается от нежелательных включений. Одновременно вентиляторы обдувают поверхность трубок охладителя.

5). Масляно-водяное охлаждение – при этом нагретое в трансформаторе масло с помощью насоса прогоняется через охладитель, в котором циркулирует вода. Это наиболее эффективный способ охлаждения, т. к. коэффициент теплопередачи от масла в воду значительно выше, чем в воздух. Кроме того масло прогоняют через воздухоочиститель и фильтр.

Тяговые трансформаторы подвижного состава обычно выполняют с масляным охлаждение, дутьём и принудительной вентиляцией масла.

СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Цель работы: изучить способы охлаждения электрических машин.

Преобразование энергии в электрической машине всегда связано с потерями.При этом все виды потерь в конечном итоге преобразуются в теплоту, которая вызывает нагревание машины. Номинальная мощность машины при ее заданных размерах и условиях работы ограничивается превышением температуры ее частей, которое не должно быть больше допустимых значений.

Температура частей электрической машины существенно зависит от эффективности их охлаждения: чем интенсивнее отвод теплоты, тем ниже их температура, а, следовательно, тем выше номинальная мощность машины. Наибольшее применение в электрических машинах общего назначения получили два способа охлаждения - естественное и искусственное.

Машины с естественным охлаждением не имеют вентиляторов или каких-либо других специальных устройств для охлаждения машины или ее отдельных частей. Циркуляция воздуха внутри такой машинысоздается вследствие вентилирующего действия вращающихся частей машины и явления конвекции (перенос теплоты потоками воздуха внутри машины).

Машины с искусственным охлаждением снабжены специальными устройствами - вентиляторами, создающими движение газа (воздуха или водорода), который, соприкасаясь с нагретыми частями машины, отбирает от них теплоту, то есть охлаждает их.

Значительную группу электрических машин составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор расположен на валу либо предусмотрены лопатки на вращающихся частях машины. Самовентиляцияможет быть наружнойи внутренней.

При наружной самовентиляции (способ охлаждения IC0141) обдувается внешняя ребристая поверхность машины (рисунок 29.1,а). Машину в этом

а)

б)

в)

а – самовентиляция наружная;

б и в – самовентиляция внутренняя

Рисунок 29.1 – Система вентиляции электрических машин

При внутренней самовентиляции (способ охлаждения IC01) в корпусе и подшипниковых щитах машины имеются специальные отверстия (исполнения IP22 и IP23). через которые хладагент проникает внутрь машины, охлаждает ее. а затем выбрасывается наружу (рисунок 29.1,б и в).

В зависимости от направления движения охлаждающих потоков газа внутри машины различают вентиляцию радиальную и аксиальную.

При радиальной вентиляции (рисунок 29.2,а) преобладает радиальное

1- статор; 2 – ротор

Рисунок 29.2 – Радиальная (а) и аксиальная (б) системы вентиляции

направление движения охлаждающего газа внутри машины (перпендикулярно оси вращения машины), а при аксиальной вентиляции - аксиальное(вдоль оси вращения машины) (рисунок 29.2,б).

Для повышения эффективности охлаждения в некоторых электрических машинах предусматривают вентиляционные канты для прохода охлаждающего газа . При радиальной вентиляции сердечники статора и ротора подразделяются на несколько пакетов (рисунок 29.3,а), в промежутки между которыми к крайним листам пакетов приваривают распорки, называемые ветреницами. При вращении ротора ветреницы создают движение потоков охлаждающего газа через вентиляционные каналы.

Радиальная вентиляция обеспечивает равномерное охлаждение машины. Однако выполнение радиальных вентиляционных каналов усложняет конструкцию машины и ведет к увеличению ее габаритов и стоимости. При аксиальной вентиляции в машине предусматривают аксиальныевентиляционные каналы (рисунок 29.3.2,б).

Конструктивно выполнение аксиальных вентиляционных каналов проще, чем радиальных. Однако аксиальная вентиляция не обеспечивает равномерного охлаждения машины, так как охлаждающий газ, продвигаясь вдоль машины, постепенно нагревается.

Иногдав машине применяютрадиально-аксиальную вентиляцию (рисунок 29.1,а).

В машинах средней и большой мощности применяют независимую (принудительную) систему вентиляции (рисунок 29. 3,а и б), когда охлаждающий газ подается в машину специальным вентилятором собственным электроприводом (способы охлаждения IC05 и IC37).

Система вентиляции может быть разомкнутой, когда газ (воздух) нагнетается в машину, а затем выбрасывается наружу (рис. 3,а), и замкнутой, когда в герметически закрытой машине циркулирует постоянный объем газа (воздуха или водорода), охлаждаемого в специальном охладителе (рис. 3,6). Замкнутую систему вентиляции обычно применяют в машинах большой мощности.

а – независимая разомкнутая самовентиляция; б – независимая замкнутая вентиляция;

1 – охлаждаемая машина; 2 – двигатель вентилятора; 3 – трубопровод; 4 – охладитель

Рисунок 29.3 – Система вентиляции электрических машин

Как при аксиальной самовентиляции, так и при независимой вентиляции от направления, в каюром проходит газ в машине по отношению к вентилятору различают вентиляцию нагнетательную (рисунок 29.4,а) и вытяжную(рисунок 29.4,б).

а – нагнетательная система вентиляции;

б – вытяжная система вентиляции

Рисунок 29.4 – Системы вентиляции электрических машин

При нагнетательной вентиляции воздух сначала попадает на вентилятор, а затем проходит по вентиляционным каналам машины и выбрасывается наружу. Вследствие трения о лопатки вентилятора происходит подогрев воздуха, поступающего внутрь машины, примерно на 3 - 8 °С. Для компенсации этого подогрева необходимо увеличить на 15-20 % расход воздуха.

При вытяжной вентиляции в машину поступает воздух, имеющий температуру охлаждающей среды. Поэтому предпочтение следует отдавать вытяжной вентиляции.

Элементы конструкции и способы охлаждения масляных трансформаторов

Дата публикации: 29 марта 2013 .
Категория: Статьи.

Способы охлаждения

Конструкция бака масляного трансформатора зависит от его мощности.

Трансформаторы мощностью до S_н = 20 кВ×А имеют гладкие баки. Внутри бака возникает естественная конвекция масла: масло возле обмоток и магнитопровода нагревается и поднимается вверх, а у стенок бака охлаждается и опускается вниз. Стенка бака отдает тепло в окружающую среду путем лучеиспускания и конвекции воздуха. Наибольшая допустимая температура масла в верхних слоях 95°С.

При S_н > 20 кВ×А поверхность гладкого бака недостаточна для отвода тепла с необходимой интенсивностью. Поэтому у трансформаторов мощностью S_н = 20 – 1800 кВ×А к баку привариваются трубы (рисунок 1), по которым вследствие естественной конвекции сверху вниз циркулирует масло. Вместо трубчатых баков в некоторых странах применяются волнистые баки, однако они менее прочны и более трудоемки в изготовлении.

Рисунок 1. Трансформатор с трубчатым баком

1 – обмотка ВН; 2 – обмотка НН; 3 – переключатель регулировочных отводов обмотки ВН; 4 – балка, прессующая ярмо; 5 – шихтованный магнитопровод; 6 – отводы ВН; 7 – отводы НН; 8 – патрубок для присоединения вакуумного насоса; 9 – кольцо для подъема выемной части; 10 – кран для заливки масла; 11 – ввод (изолятор) ВН; 12 – ввод (изолятор) НН; 13 – привод переключателя; 14 – выхлопная труба; 15 – газовое реле; 16 – расширитель; 17 – трубчатый бак; 18 – кран для спуска масла; 19 – транспортный ролик; 20 – вертикальная шпилька для стягивания прессующих балок ярем; 21 – упорный угольник на дне бака

В трансформаторах мощностью выше 1800 кВ×А используются гладкие баки с подвешенными к ним трубчатыми охладителями (рисунок 2), которые сообщаются с внутренней полостью бака в его верхней и нижней частях. Циркуляция масла в охладителе также совершается в результате естественной конвекции. При S_н = 10 – 60 МВ×А для более интенсивного отвода тепла от охладителей применяется их обдувание с помощью вентиляторов. При этом теплоотдача увеличивается на 50 – 60%.

Рисунок 2. Трубчатый охладитель с вентилятором

Еще более интенсивным является водяное охлаждение. При этом масло откачивается из верхней части бака насосом, проходит через водяные охладители (теплообменники) и поступает в нижнюю часть бака. Иногда водяные охладители помещают внутри бака трансформатора. Водяное охлаждение применяется для самых мощных трансформаторов.

Элементы конструкции

Рисунок 3. Маслонаполненный ввод трансформатора для напряжения 110 кВ

1 – алюминиевый экран; 2 – чугунный стакан; 3 – медная токоведущая трубка; 4 – опорный изоляционный бумажно-бакелитовый цилиндр; 5 – гетинаксовая шайба; 6 – нижняя фарфоровая покрышка; 7 – уплотняющая шайба; 8 – соединительная чугунная трубка; 9 – устройство для взятия пробы масла; 10 – зажим с изолятором для измерения тангенса угла потерь изоляции ввода; 11 – изоляционный сердечник из пропитанной маслом бумаги; 12 – верхняя фарфоровая покрышка; 13 – поддон; 14 – пружина; 15 – поплавок; 16 – маслорасширитель с масляным затвором; 17 – стеклянный маслоуказатель; 18 – уплотняющая втулка; 19 – латунный наконечник для кабеля; 20 – контактный зажим; 21 – рым для подъема ввода (4 штуки)

На крышке трансформатора устанавливаются вводы (рисунки 1 и 3). Проходящие через ввод токоведущий медный стержень или медная труба служат для соединения трансформатора с внешней сетью.

Трансформаторы мощностью более 75 кВ×А снабжаются расширителями (рисунки 1 и 4). Расширитель представляет собой цилиндрический стальной сосуд и соединяется при помощи патрубка с баком. Открытая поверхность масла при колебаниях температуры окружающей среды и нагрузки трансформатора всегда должна оставаться в пределах расширителя. Тем самым открытая поверхность масла уменьшается, что ограничивает его окисление. Для предотвращения повреждения бака в случае бурного разложения масла и выделения газа в результате аварии на крышке трансформатора устанавливается также выхлопная труба (рисунки 1 и 4). Труба закрыта стеклянной мембраной, которая при повышении давления внутри бака лопается.

Между расширителями и баком трансформатора мощностью более 560 кВ×А устанавливается газовое реле (рисунок 4). Если в результате каких-либо местных нагревов (замыкание листов магнитопровода, плохие контакты и так далее) начинается разложение изоляции и масла, то газы начнут накапливаться внутри газового реле, под его крышкой, выжимая из него масло. При этом опрокидывается поплавок газового реле и замыкаются сигнальные контакты. При бурном выделении газов замыкается вторая пара контактов газового реле, в результате чего замыкается цепь на отключение трансформатора от сети.

Рисунок 4. Расширитель и выхлопная труба

1 – указатель уровня масла; 2 – труба для свободного обмена воздухом; 3 – пробка для заливки масла; 4 – грязеотстойник; 5 – газовое реле; 6 – кран для отсоединения расширителя

В процессе работы трансформатора происходит окисление, увлажнение и загрязнение масла, что сопровождается ухудшением его изоляционных свойств. Поэтому производится регулярный отбор проб масла, а также периодическая его сушка, очистка, восстановление или замена новым. В необходимых случаях производится также вакуумная сушка магнитопровода и обмоток трансформатора. Для этих целей предусматриваются краны и другая арматура.

Трансформаторы мощностью до 1800 кВ×А перевозятся в собранном виде на нормальных железнодорожных платформах. С трансформаторов мощностью более 1800 кВ×А и до 5600 кВ×А по условиям железнодорожных габаритов приходится снимать радиаторы, расширитель, выхлопную трубу и вводы на напряжение 110 кВ и выше.

Трансформаторы мощностью более 5600 кВ×А, массой более 50 – 60 тонн необходимо перевозить на специальных железнодорожных транспортерах, имеющих низкую нагрузочную платформу. При этом у трансформаторов больших мощностей приходится не только снимать выступающие части, но применять разъёмный бак с временной транспортной крышкой небольшой высоты или даже транспортный бак с предельно уменьшенными размерами во всех трех направлениях.

Трансформаторы мощностью 200 – 300 МВ×А имеют массу около 1 кг на 1 кВ×А мощности.

Источник: Вольдек А. И., "Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений" – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Методы сушки и прогрева трансформаторов

Дата публикации: 19 февраля 2014 .
Категория: Статьи.

Сушка изоляции трансформаторов может быть выполнена одним из следующих способов:
- в стационарном сушильном шкафу под вакуумом 700 – 750 мм ртутного столба;
- в своем баке потерями в стали бака с вакуумом или без вакуума;
- в своем баке током нулевой последовательности;
- инфракрасным излучением вне бака.

Сушка трансформатора в стационарном сушильном шкафу

Сушка в стационарном сушильном шкафу под глубоким вакуумом весьма эффективна и дает наиболее качественные результаты. Но в условиях монтажа и эксплуатации этот метод, как правило, не применяется, так как при этом необходим дорогой стационарный вакуум – шкаф, затраты на сооружение которого могут быть оправданы только при частом его использовании.

Сушка активной части трансформатора в камере без вакуума

При этом способе сушки активную часть трансформатора помещают в хорошо утепленную камеру (рисунок 1), которая выполняется из деревянных рам и щитов, обшитых фанерными листами с воздушной прослойкой. Изнутри камера обшивается листовым асбестом и поверх него – листами кровельной стали. Стыки между щитами утепляются асбестом. Можно применить и другую конструкцию камеры. Расстояние между стенками камеры и активной частью трансформатора должно быть не менее 180 – 200 мм. Вверху камеры для удаления паров, выделяющихся при сушке, выполняется вытяжное отверстие. Нагрев активной части чаще всего производится при помощи воздуходувок. Можно применить также электропечи или змеевики с паром.

Рисунок 1. Сушка трансформатора в камере при помощи воздуходувки
1 – вентилятор; 2 – нагреватель; 3 – искроуловитель; 4 – утепленная камера; 5 – регулировочный шибер; 6 – термометры; 7 – термопары в обмотке

Для ускорения сушки желательно применить две воздуходувки, подавая от них горячий воздух в два отверстия, расположенные в нижней части камеры, по ее диагонали. При одной воздуходувке для равномерности сушки воздух от нее следует также подавать в два отверстия по диагонали камеры. На всасывающем патрубке воздуходувки устанавливается матерчатый фильтр, а на напорном – искроуловитель (металлическая сетка). Струя горячего воздуха не должна направляться на обмотку или ярмовую изоляцию.

Количество воздуха Q_в, м 3 , подаваемого в камеру для сушки за 1 минуту, должно быть в 1,5 раза больше объема камеры Q_кам.

Мощность электропечей воздуходувки, кВт, должна быть равной:

где G_р – удельная теплоемкость воздуха, принимаемая равной 0,273 кал/кг×град; t₁ – температура окружающего воздуха, °С; t₂ – температура входящего в камеру воздуха, °С.

Пример. Объем камеры 2 × 3 × 2 м = 12 м 3 , t₁ = 20 °С, t₂ = 100 °С. Определить мощность воздуходувки.

Объем воздуха подаваемого в камеру:

Температура входящего воздуха и температура в камере не должна быть выше 105 °С. Температура выходящего воздуха не должна быть ниже 80 – 90 °С. При более низкой температуре выходящего воздуха следует более тщательно утеплить камеру.

При повышении температуры изоляции активной части трансформатора выше 105 °С следует снизить температуру входящего воздуха, увеличивая открытие шибера воздуходувки, а если он открыт полностью, периодически отключая ее.

Для трансформаторов напряжением 35 кВ и выше после нагрева активной части до установившейся температуры на обмотке (105 °С) целесообразно для ускорения сушки быстро снизить температуру внешних слоев изоляции отключением электропечей воздуходувки и подачей холодного воздуха (применить так называемую термодиффузию). При быстром охлаждении камеры внутренние слои изоляции не успевают сильно остыть и их температура будет выше температуры внешних слоев. Таким образом, понижение температуры по слоям будет совпадать с направлением удаления влаги, что значительно ускорит процесс сушки. Температуру внутренних слоев можно приблизительно считать равной температуре магнитопровода. Температурный перепад между наружными и внутренними слоями изоляции должен быть не менее 15 – 20 °С и продолжаться в течение 15 – 25 часов. Рекомендуется снижать температуру на наружных слоях изоляции до 50 – 40 °С и на магнитопроводе до 70 – 65 °С. После окончания цикла термодиффузии активная часть прогревается до прежней температуры и производится сравнение значений сопротивления изоляции до и после термодиффузии. В зависимости от полученных результатов принимается решение о применении повторного цикла термодиффузии или об окончании сушки.

После сушки производится ревизия активной части (прессовка обмоток, затяжка креплений и прочее), которая затем опускается в бак и заливается маслом.

Сушка трансформатора потерями в стали бака

При этом способе на бак трансформатора наматывается намагничивающая обмотка, создающая переменный магнитный поток. От действия магнитного потока в стенках бака появляются вихревые токи, которые нагревают бак и находящуюся в нем активную часть трансформатора.

Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду и ускорения сушки крышка и стенки бака утепляются огнестойкими материалами: листовым асбестом, асбестовым полотном, матами из стекловолокна и тому подобного. Под дно бака устанавливаются электропечи мощностью, выбираемой из расчета 1,5 – 3 кВт/м 2 . Утепляется также пространство между дном бака и полом помещения. Трансформаторы мощностью до 1000 кВ×А могут сушиться и без утепления баков.

В целях снижения пожароопасности из бака удаляются остатки масла.

Все отверстия в крышке и стенке бака, не используемые для вентиляции, в том числе и отверстия вводов, снимаемых на время сушки, закрываются заглушками. Для каждой обмотки должно иметься по одному измерительному вводу. Для этой цели могут быть использованы как рабочие цельнофарфоровые вводы, так и любые имеющиеся на месте вводы, в том числе и на напряжение до 1000 В.

У трансформаторов, имеющих съемные радиаторы, эти радиаторы должны быть сняты. На трубчатые баки намагничивающая обмотка может укладываться как сверху труб, так и под трубами. В последнем случае трубы должны быть тщательно утеплены, так как иначе в холодных трубах будет происходить конденсация влаги, которая, стекая в бак, значительно замедлит сушку.

Рисунок 2. Схема питания намагничивающей обмотки

Если бак не утеплен, то во избежание порчи изоляции проводов намагничивающая обмотка выполняется голым проводом, закрепляемым на асбестоцементных стойках или деревянных рейках. Между деревянными рейками и баком прокладывается тепловая изоляция. Витки голого провода располагаются на таком расстоянии друг от друга, чтобы при удлинении и провисании провода от нагрева исключить замыкание между витками. При наличии утепления бака намагничивающая обмотка, выполняемая изолированным проводом, может накладываться непосредственно на тепловую изоляцию. Витки однофазной обмотки укладываются по всей высоте бака. Для более равномерного нагрева бака витки в нижней и верхней частях бака должны располагаться более часто чем в средней части бака. Витки всех трех фаз при трехфазной обмотке намагничивания располагаются по всей высоте бака в одном направлении на одинаковом расстоянии друг от друга. Для большего эффекта средняя обмотка подключается встречно по отношению к верхней и нижней (рисунок 2). Активная часть с установленными на ней термопарами опускается в бак, который закрывается крышкой. Провода от термопар пропускаются в разъем между баком и крышкой или через отверстие в крышке между двумя уложенными друг на друга резиновыми прокладками. Каждая из обмоток присоединяется к своему измерительному выводу.

Если сушка производится без вакуума с естественной вентиляцией, то на крышке трансформатора над одним из отверстий устанавливается вытяжная труба длиной 1 – 2 м, диаметром 25 – 75 мм.

Для предотвращения конденсации влаги в трубе и стекания ее в бак трубу необходимо утеплить. Под трубой внутри бака необходимо установит сосуд для сбора влаги на случай, если конденсация влаги все же будет происходить.

В нижней части бака по диагонали от места расположения трубы следует открыть отверстие маслосливного крана или пробку в дне бака.

При сушке с вентиляцией бака подогретым воздухом к фланцу маслосливного крана прикрепляется болтами отрезок стальной трубы с намотанной на нем индукционной обмоткой или спиралью из нихрома. Подогрев воздуха может быть осуществлен и без наложения на трубу индукционной обмотки и спирали, если эту трубу расположить под витками намагничивающей обмотки.

При сушке с принудительной вентиляцией к маслосливному крану присоединяется напорный патрубок от вентилятора или воздуходувки, часовая производительность которых должна быть не менее одного объема бака трансформатора.

Если сушка трансформатора производится под вакуумом, крышка бака устанавливается на уплотняющей прокладке и плотно притягивается к баку болтами. К одному из отверстий на крышке бака через обратный клапан или вентиль подсоединяется конденсатная колонка или вакуум-насос. Обратный клапан или вентиль необходимы для предотвращения засасывания в бак воды или масла из насоса, а также для снятия кривой подсоса воздуха. На крышке бака или вакуум-провода между крышкой и вентилем подсоединяется вакуумметр.

Целесообразно иметь вакуум-насосы большой производительности (часовая производительность насоса должна иметь не менее 50% объема бака трансформатора). В таблице 1 приведены марки и основные данные вакуумных насосов, применяемых при сушке трансформаторов.

Насос	Производительность при атмосферном давлении, м 3 /ч	Предельный вакуум, мм рт. ст. 1 , не ниже	Количество масла ВМ-4,см 3	Размеры, мм	Мощность двигателя, кВт
ВН-1, золотниковый ВН-2, золотниковый ВН-4, золотниковый ВН-6, золотниковый ВН-494, пластинчатороторный ВН-461, пластинчатороторный РВН-20, пластинчатороторный РМК-1, водокольцевой РМК-2, водокольцевой РМК-3, водокольцевой РМК-4, водокольцевой	66 25 212 557 0,75 3 12 90 250 690 1620	3000 3000 1000 1000 1000 1000 1000 680 700 736 736	3800 2000 17000 55000 1500 2400 2400 2400 2400 2400 2400	910 × 625 × 605 690 × 560 × 490 1635 × 875 × 1420 1905 × 960 × 1975 420 × 325 × 235 670 × 415 × 292 525 × 445 × 330 525 × 445 × 330 525 × 445 × 330 525 × 445 × 330 525 × 445 × 330	2,8 1,7 7,0 20,0 0,15 0,37 0,37 4,5 10,0 29,0 70,0

1 Для насосов типа ВН и ВЗН приведено остаточное давление; для РМК – вакуум

При сушке трансформаторов под вакуумом с подсосом воздуха желательно иметь насосы типа РМК, поскольку в таких режимах они работают надежнее, чем насосы типа ВН или РВН.

Расчет намагничивающей обмотки при сушке трансформатора

Мощность, необходимая для сушки, кВт:

Примечание. Расчет намагничивающей обмотки для мощных трансформаторов целесообразно производить по книге А. Н. Шарапова и В. В. Феоктистова «Прогрев мощных трансформаторов выпрямленным током с помощью кремниевых управляемых вентилей», Энергетик, 1971, №11, с. 31.

Чем качественнее утепление, меньше размеры и выше температура окружающей среды, тем меньше значение удельной мощности выбирается при расчете.

Необходимое число витков однофазной обмотки

где U – подводимое напряжение сети, В.

Ток в обмотке, А

Меньшее значение выбирается для случаев укладки витков намагничивающей обмотки с воздушным зазором, равным 20 – 40 см.

Сечение провода намагничивающей обмотки

Если при включении обмотки окажется, что нагрев трансформатора недостаточен, то число витков необходимо уменьшить. При этом при неизменном напряжении ток в обмотке и, следовательно, магнитный поток увеличатся, увеличится и нагрев трансформатора.

Пример. Рассчитать намагничивающую обмотку для сушки трансформатора типа ТД-10000/35; 10000 кВ×А, 35/6,3 кВ. Бак утепляется асбестовым полотном в два слоя. Периметр бака l = 6,3 м; высота обмотки на боковой поверхности бака h_об = 2,2 м; площадь дна бака 2,6 м 2 ; напряжение сети U_л = 380 В.

Мощность, требуемая для сушки:

Число витков обмотки

Сечение провода типа ПР

Выбираем ближайшее сечение по стандарту

Мощность электропечей, устанавливаемых под дно бака:

В таблице 2 приведены расчетные и опытные данные по сушке трансформаторов индукционными потерями с утеплением бака.

Режим и контроль сушки трансформатора в своем баке без вакуума с естественной или принудительной вентиляцией ведутся так же, как и при сушке в камере без вакуума.

При сушке под вакуумом величину его выбирают в зависимости от прочности бака. Трансформаторы старых конструкций с ребристыми баками допускают вакуум не более 200 мм ртутного столба; трансформаторы напряжением 154 кВ и ниже не более 350 мм ртутного столба. Повышение вакуума сверх допустимого приведет к сдавливанию бака атмосферным давлением и его деформации. Сушку трансформатора под вакуумом рекомендуется производить с подсосом окружающего или нагретого воздуха, так как при этом продолжительность сушки сокращается в 3 – 4 раза против продолжительности при той же величине вакуума, но без подсоса. Объясняется это тем, что дополнительная вентиляция подсасываемого воздуха снижает относительную влажность внутри бака и тем самым резко ускоряется выделение влаги из обмоток.

Для прогрева активной части трансформатора температура воздуха внутри бака поднимается до 105 °С. Продолжительность прогрева составляет, примерно 6 – 12 часов и 4 – 8 часов для трансформаторов напряжением 35 и 6 – 10 кВ соответственно.

При прогреве активной части необходимо производить периодические продувки бака под вакуумом 200 – 300 мм ртутного столба окружающим или подогретым воздухом. Для этого следует включить вакуум-насос и при достижении вакуума 200 – 300 мм ртутного столба открыть на 2 – 3 часа маслоспускной кран настолько, чтобы вакуум не поднимался выше 200 – 300 мм ртутного столба. Затем насос отключается и прогрев ведется без вакуума в течение 2 – 3 часов, после чего снова производится продувка. По достижении температуры на изоляции 105 °С вакуум-насос включается на постоянную работу и сушка продолжается с подсосом воздуха до момента, когда скорость увеличения сопротивления изоляции замедляется, что указывает на близкое окончание сушки. После этого подсос воздуха прекращается и вакуум поднимается до предельно допустимого.

Если при подсосе воздуха со скоростью не менее 50% объема бака в час вакуум в баке понизится до 200 – 150 мм ртутного столба и поднять его не удается из-за недостаточной производительности вакуум-насоса, то сушку следует производить при пониженном вакууме, так как процесс сушки с достаточным подсосом воздуха при пониженном вакууме происходит быстрее, чем при более высоком вакууме, но практически без подсоса.

По окончании сушки трансформаторов 35 кВ и ниже вакуум снимается до нуля, температура активной части понижается до 40 – 50 °С. После этого активная часть вынимается из бака, подвергается ревизии и затем опускается в бак и заливается чистым маслом.

Сушка трансформатора током нулевой последовательности

При этом способе сушка производится за счет тепла, выделяющегося в стержнях и конструктивных деталях магнитопровода и в баке трансформатора от вихревых токов под действием переменного магнитного поля. Магнитное поле создается рабочими обмотками одного из напряжений трансформатора, соединенными таким образом, чтобы магнитные потоки во всех стержнях магнитопровода совпадали по величине и направлению.

Если в трехфазном трансформаторе для нагрева используется обмотка, соединенная в звезду, то напряжение подключается между соединенными вместе выводами фаз и нулевой точкой; если обмотка соединена в треугольник, напряжение подключается в разрыв треугольника (рисунок 3). Для этой цели треугольник распаивается в одной точке и концы разомкнутого треугольника выводятся на крышку через рабочие или специально устанавливаемые выводы.


Рисунок 3. Схема включения обмоток трехфазных трансформаторов для сушки их токами нулевой последовательности. а – при соединении в звезду; б – при соединении в треугольник	Рисунок 4. Схемы включения обмоток однофазных трансформаторов при сушке токами нулевой последовательности. а – обмотки с одинаковым направлением намотки; б – обмотки с разным направлением намотки

Обмотки, не используемые для создания магнитного поля, должны быть разомкнуты. Свободная обмотка, соединенная в треугольник, должна быть распаяна в одной точке. Распаянные концы следует изолировать. На рисунке 4 показаны схемы включения однофазных трансформаторов при сушке их токами нулевой последовательности. Заводские соединения между катушками распаиваются, и указанные схемы выполняются при помощи временных перемычек. При подготовке к сушке должно быть замерено сопротивление изоляции стяжных шпилек. Нарушение изоляции может привести к недопустимому перегреву их при сушке.

В таблице 3 приведены опытные данные по сушке трансформаторов токами нулевой последовательности.

Читайте также: