§ 86. Устройство и типы трансформаторов

Сердечник (магнитопровод) трансформатора образует замкнутый для магнитного потока контур и изготовляется из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 и 0,35 мм. В состав стали входит 4,0-5% кремния по весу. Присутствие кремния улучшает магнитные свойства стали и увеличивает ее удельное сопротивление вихревым токам. Отдельные листы стали для изоляции их один от другого покрывают слоем лака, после чего стягивают болтами, пропущенным в изолирующихся втулках. Такое устройство применяется для уменьшения вихревых токов индуктируемых в стали переменным магнитным потоком. Части магнитопровода, на которые надевается обмотка, называются стержнями. Стержни соединяются верхним и нижним ярмом.

По конструкции магнитопровода различают два типа трансформаторов: стержневые и броневые (рис. 199). У трансформатора стержневого типа обмотки охватывают стержни магнитопровода; у трансформатора броневого типа магнитопровод, наоборот, как "броней", охватывает обмотки. В случае неисправности в обмотке броневого трансформатора ее неудобно осматривать и трудно ремонтировать. Поэтому наибольшее распространение получили трансформаторы стержневого типа.

Рис. 199. Типы сердечников трансформаторов

В последнее время на практике получили распространение трансформаторы, сердечники которых изготовляются из узкой ленты электротехнической стали (рис. 200). Ленточные сердечники разрезаются на две половины, чтобы можно было надеть на них катушки. Затем половины сердечника стягиваются и закрепляются.

Рис. 200. Ленточные сердечники

Обмотка трансформаторов выполняется из изолированной круглой или прямоугольной меди. На стержень магнитопровода предварительно надевают изолирующий (обычно картонный, пропитанный бакелитовым лаком) цилиндр, на котором помещают обмотку низшего напряжения. Расположение обмотки низшего напряжения ближе к стержню объясняется тем, что ее проще изолировать от стального стержня, чем обмотку высшего напряжения.

На наложенную обмотку низшего напряжения надевают другой изолирующий цилиндр, на который помещают обмотку высшего напряжения. Расположение этой обмотки снаружи удобно еще тем, что при неисправностях (которые чаще случаются в высоковольтной обмотке) она доступна для осмотра и ремонта.

Концы обмоток высшего и низшего напряжения выводятся через проходные изоляторы, укрепленные на стальной крышке трансформатора.

Сердечник с обмотками обычно опускают в бак прямоугольной или овальной формы, изготовленный из листовой стали. В бак заливается специальное трансформаторное масло, обладающее большой электрической прочностью.

Витки обмотки, помещенной в масло, хорошо изолируются один от другого. Кроме того, трансформаторное масло, обладая большой теплопроводностью, отнимает тепло от обмоток и отдает его баку. Для увеличения поверхности охлаждения у бака делают ребристую поверхность. Для этой же цели к баку приваривают трубы, сообщающиеся с баком в верхней и нижней частях. Для трансформаторов большой мощности трубы сваривают в отдельные блоки, называемые радиаторами, которые прикрепляют к баку. Крышка трансформатора при помощи болтов крепится к баку.

При работе трансформатора масло, отнимая тепло от обмоток трансформатора, само нагревается и начинает расширяться. При остывании масло сжимается и в свободное от масла пространство может проникнуть воздух, содержащий влагу. Во избежание этого между крышкой и баком прокладывают слой резины, которая не дает воздуху проникать в бак.

При большом объеме масла в баке расширение масла при нагревании может быть настолько большим, что оно станет вытекать из-под крышки. Чтобы дать возможность маслу расширяться, на крышке трансформатора устанавливают дополнительный бачок, называемый расширителем. Этот бачок соединяется трубой с баком. При нагреве масло вытесняется в расширитель, а при охлаждении, сокращаясь в объеме, уходит в бак. На расширителе устанавливают масломерную стеклянную трубку для наблюдения за уровнем масла. Так устроены масляные трансформаторы с естественным воздушным (рис. 201) охлаждением. Трансформаторы небольших мощностей (5-10 ква) иногда устраиваются с естественным воздушным охлаждением.

Рис. 201. Масляные трансформаторы с естественным воздушным охлаждением: а - с трубчатым баком, б - с радиаторным баком

Для лучшего охлаждения трансформаторов с масляным охлаждением устанавливают воздушные вентиляторы, приводимые в движение электрическими двигателями (рис. 202). Для этой же цели некоторые трансформаторы имеют масляный насос, который гонит нагретое масло из верхней части бака, прогоняет его через змеевик, охлаждаемый проточной водой, и подает остывшее масло в нижнюю часть бака трансформатора.

Рис. 202. Масляный трансформатор с воздушным дутьем

Наблюдение за температурой масла в баке чаще всего осуществляется при помощи термометра, установленного в крышке трансформатора.

До сих пор мы рассматривали трансформаторы, у которых на фазу приходилось две обмотки - высшего и низшего напряжений. Такие трансформаторы называются двухобмоточными. Встречаются трансформаторы, у которых на фазу приходятся одна первичная и две вторичные обмотки. Первичная обмотка является обмоткой высшего напряжения (В. Н.). Вторичные обмотки в зависимости от величины напряжения на их зажимах называются: одна - обмоткой среднего напряжения (С. Н.) и другая - обмоткой низшего напряжения (Н. Н.). Такие трансформаторы называются трехобмоточными. Напряжения обмоток трехобмоточного трансформатора указываются тройной дробью, например 220/115/10,5 кв или 110/35,8/11 кв.

Для трансформации трехфазного тока можно пользоваться однофазными трансформаторами. Недостатком такой схемы являются большие затраты трансформаторной стали на сердечники трех трансформаторов.

Если объединить сталь трех сердечников в один общий сердечник, мы получим сердечник трехфазного трансформатора.

На рис. 203 показаны схемы расположения обмоток трехфазных трансформаторов.

Рис. 203. Схемы расположения обмоток трехфазных трансформаторов

Обозначения Y/Y₀ - 12 и Y/Δ - 11 указывают схемы и группы соединений обмоток трансформаторов:

Y - соединение звездой;

Y₀ - соединение звездой с выводом нулевой точки;

Δ - соединение треугольником.

Начала фазных обмоток высшего напряжения обозначаются латинскими буквами А, В, С, низшего напряжения - а, b, с. Соответственно концы фазных обмоток обозначаются буквами X, Y, Z и x, y, z.

В обозначении Y/Δ - 11 первый значок Y показывает, что обмотка высшего напряжения соединена звездой. Второй значок Δ показывает, что обмотка низшего напряжения соединена треугольником. Числа 11 и 12 показывают угловое смещение векторов линейных напряжений обмоток высшего и низшего напряжений. Оно соответствует углу сдвига в сторону вращения стрелки часов между векторами линейных напряжений первичной и вторичной обмоток, принимая за единицу угла угол в 30°. Так, при угле сдвига в 330° группа соединения будет 330:30 = 11.

На рис. 204 показаны устройство и частичный разрез трехфазного трансформатора мощностью 300 ква на напряжение 6 кв. В том случае, когда мощность трансформатора, питающего потребители, становится недостаточной, параллельно ему подключается другой трансформатор.

Рис. 204. Устройство и частичный разрез трехфазного трансформатора мощностью 300 ква на напряжение 6 кв: 1 - термометр, 2 - ввод обмотки высокого напряжения, 3 - ввод обмотки низкого напряжения, 4 - пробка для заливки масла, 5 - маслоуказатель, 6 - пробка для заливки масла, 7 - расширитель, 8 - магнитопровод, 9 - обмотка низкого напряжения, 10 - обмотка высокого напряжения, 11 - пробка для спуска масла, 12 - бак для масла, 13 - радиаторные трубы для охлаждения масла

Для включения трансформатора на параллельную работу с другими, уже работающими трансформаторами необходимо выполнить следующие условия:

равенство номинальных напряжений первичной и вторичной обмоток (равенство коэффициентов трансформации);

равенство номинальных напряжений короткого замыкания;

трансформаторы должны принадлежать к одной и той же группе соединений;

трансформаторы должны быть соединены одноименными зажимами (одинаковыми фазами со стороны высшего и низшего напряжений).