для чего нужен расширительный бак в трансформаторе
Бак, охладительные устройства, элементы арматуры трансформатора, расширитель
Бак масляного трансформатора, внутри которого устанавливают активную часть, представляет собой стальной резервуар, чаще всего овальной формы. К его дну приварена стальная стенка, охватываемая наверху рамой из угловой стали; к раме болтами прикреплена крышка. Конструкция баков трансформаторов меняется с увеличением мощности. Для трансформаторов малой мощности не требуется значительных поверхностей для отвода относительно небольшого количества тепла, выделяющегося при их работе. Поэтому для таких трансформаторов делают баки с гладкими стенками (гладкие баки).
На рисунке 1 показан трансформатор мощностью 25 кВА на напряжение 6 кВ с гладким баком. Вводы расположены на стенках бака 1 и закрыты стальными козырьками 2, защищающими вводы от попадания дождя. Трансформатор поднимают за два крюка 4, установленных вдоль большой оси бака. К дну бака приварены две поперечные пластины 5 из полосовой стали для крепления трансформатора к фундаменту. У таких трансформаторов уровень масла не доходит до крышки, поэтому ее соединение с верхней рамой 3 может быть немаслостойким, но обязательно герметичным.
У трансформатора мощностью 63 кВА и выше для отвода тепла уже недостаточно гладкой поверхности бака. Чтобы увеличить теплоотдачу, в стенки бака вваривают круглые трубы диаметром 51 мм с толщиной стенки 1,75 мм. Для мощностей 63—100 кВА в стенку вваривают несколько труб, занимающих только часть периметра стенки.
На рисунке 2 показан трехфазный трансформатор мощностью 63 кВА на напряжение 6/0,4 кВ. Бак 1 трансформатора имеет только шесть труб, расположенных в один ряд. Составные вводы НН (17) и ВН (18) установлены на стенке бака; защитные козырьки не показаны. Активная часть 11 установлена па дно бака на швеллерах 12 и пластинами 9 с помощью болтов и гаек прикреплена к угольникам 10, приваренным, изнутри к стенке бака. Отводы ВН (8) и НН (14) подсоединены к соответствующим вводам, а регулировочные ответвления — к переключателю ВН 15. На крышке 5 бака размещены: термометр 2; головка привода 4 переключателя 15, закрытая защитным колпаком 3; пробка 6 для заливки масла и «дыхания». На стенке бака установлен маслоуказатель 7 для контроля за уровнем масла и пробивной предохранитель 16.
Для трансформаторов мощностью 630—1600 кВА недостаточно одного ряда охладительных труб. В соответствии с необходимой величиной поверхности охлаждения трубы устанавливают в один, два или три ряда.
Отечественные заводы выпускают трансформаторы мощностью 63—630 кВ-А с овальными трубами, имеющими практически тот же периметр, что и круглые диаметром 51 мм, а площадь поперечного сечения овальной трубы составляет лишь около половины площади круглой. Следовательно, масса масла в овальных трубах примерно в два раза меньше, чем в круглых с той же поверхностью охлаждения. Кроме того, расстояние между двумя соседними овальными трубами (шаг труб) на 20 мм меньше, чем у круглых, что позволяет расположить больше труб в один ряд, а иногда вообще отказаться от второго ряда.
Охладительные устройства силовых трансформаторов
Во многих случаях вместо труб, вваренных в стенку, применяют трубчатые или пластинчатые (штампованные) охладители — радиаторы. Радиатор трансформатора — это навесной теплообменник, присоединяемый к патрубкам на стенках бака, через который происходит передача тепла от масла, заполняющего трансформатор, к воздуху.
Радиаторы состоят из большого числа (от 6 до 160 и более) вертикальных труб, образующих параллельные пути для циркулирующего в них масла. Вверху и внизу трубы вварены в верхнюю и нижнюю сборные коробки (коллекторы), которые с помощью патрубков присоединяются к баку. Нагретое масло попадает из бака в верхний коллектор, затем в трубы и, отдавая им тепло, охлаждается. Охлажденное масло через нижний коллектор поступает в нижнюю часть бака. Большинство радиаторов выполняют съемными, чтобы облегчить ремонт при работающем трансформаторе или его перевозку, если при установленных радиаторах размеры трансформатора превышают габариты железных дорог.
У трансформаторов мощностью выше 6300 кВА периметр бака обычно оказывается недостаточным для размещения необходимого количества радиаторов. В этом случае прибегают к различным видам искусственного (принудительного) охлаждения.
Наибольшее распространение получила система принудительного воздушного охлаждения. При этом способе охлаждения можно увеличить теплоотдачу радиаторов до 40% по сравнению с их теплоотдачей при естественном охлаждении. Обдув радиаторов осуществляется небольшими электровентиляторами, выполненными в водонепроницаемом исполнении. Каждый радиатор обдувается одним или несколькими вентиляторами.
Широкое распространение получила система масловоздушного охлаждения с принудительной циркуляцией масла и воздуха (ДЦ). Основное достоинство устройств системы ДЦ — возможность отвода большого количества тепла при относительно малых габаритах установок.
В отечественной и зарубежной практике для электропечных, преобразовательных и некоторых силовых трансформаторов общего назначения широко применяют масляно-водяную систему охлаждения. Охладительное устройство масляно-водяной системы охлаждения состоит из одного или нескольких водяных маслоохладителей, электронасосов (по одному на каждый охладитель), трубопровода, приборов для контроля работы и защиты устройства. Вся система устанавливается в закрытом помещении с температурой в зимнее время не ниже 0° С.
Циркуляция масла осуществляется электронасосами погружного типа; горячее масло поступает из верхней части трансформатора, перекачивается насосом через маслоохладитель и поступает в нижнюю часть бака.
Элементы арматуры трансформатора
Для передвижения трансформатора в пределах подстанции трансформаторы снабжают тележками с катками. Тележки могут быть съемными или, чаще, приваренными к дну бака. На заводе-изготовителе собранный трансформатор перемещают главным образом подъемными кранами, поэтому для перевозки в пределах завода тележка трансформатора не используется. В нижней части стенки бака располагают пробку для взятия пробы масла. Такая пробка необходима, если нужно проверить химический состав масла и его электрическую прочность. В дне бака помещают пробку для спуска остатков масла и грязи при замене масла.
В конструкцию бака входит большое количество уплотнений, суммарная длина которых достигает многих метров. В отечественных трансформаторах для уплотнений используют специальную маслостойкую резину. При хорошем качестве уплотнений исключается возможность течи масла и соответственно повышается надежность работы трансформатора в эксплуатации.
Расширитель
Расширители устанавливают на все трансформаторы мощностью 25 кВА и выше напряжением 6 кВ и выше (рисунок 3). Объясняется это рядом существенных достоинств конструкции трансформаторов с расширителями.
Дело в том, что температура масла в трансформаторе из-за колебания температуры обмоток и окружающего воздуха непрерывно изменяется. Согласно ГОСТ 11677—76 температура окружающего воздуха может изменяться от —45 до +40° С. Если трансформатор не работает, то температура его масла и окружающего воздуха одинаковы. При работе температура масла в среднем может превысить температуру окружающего воздуха на 40° С.
Следовательно, наименьшая температура масла в трансформаторе —45° С, наибольшая 40° С + 40° С = 80° С (при нагрузке и максимальной температуре воздуха). Колебания температуры масла, таким образом, составляют 80° С — (—45° С) = 125° С. Изменение температуры сопровождается изменением объема масла в трансформаторе примерно на 9—10%.
Чтобы при любых температурах окружающего воздуха и любых нагрузках бак трансформатора был заполнен маслом, на трансформатор устанавливают расширитель. При повышении температуры и увеличении объема избыток масла по маслопроводу, соединяющему расширитель с баком, поступает в расширитель. При понижении температуры и уменьшении объема масло переходит из расширителя в бак.
Одновременно с этим расширитель играет и другую роль — защищает масло от чрезмерно быстрого старения. Объясняется это следующим образом. Масло в расширителе должно нормально сообщаться с атмосферой, чтобы при нагревании воздух из расширителя мог свободно выйти наружу. При соприкосновении с воздухом масло всегда окисляется и стареет, однако это происходит тем интенсивнее, чем больше поверхность (зеркало) масла и чем выше его температура.
При отсутствии расширителя уровень масла должен быть ниже уровня крышки; при этом с воздухом соприкасается по всей поверхности наиболее нагретое масло. В расширителе значительно меньше зеркало масла, ниже и температура масла, соприкасающегося с воздухом.
Для удлинения срока службы масла к расширителю пристраивают воздухоосушитель, который заполнен силикагелем и имеет устройство для очистки воздуха от механических примесей (масляный затвор). Воздух, засасываемый в расширитель при уменьшении объема масла, проходит через воздухоосушитель и при этом освобождается от влаги (в силикагеле) и механических примесей (в масляном затворе).
Расширитель снабжают отстойником (грязевиком) для собирания и удаления механических примесей в масле. Отстойник приваривается снизу расширителя и имеет пробку для спуска осадков. Чтобы осадки не попадали в бак, а оставались в отстойнике, маслопровод, идущий от бака, выступает внутрь расширителя на 20—25 мм.
Маслоуказатель (масломерное стекло), устанавливаемый на расширителе, позволяет проверять уровень масла при заливке трансформатора на заводе, а также контролировать его в процессе эксплуатации. В отечественных трансформаторах длительное время применялись маслоуказатели, сообщающиеся с расширителем только нижним концом. Такой маслоуказатель показан на рисунке 3. Верхний конец маслоуказателя сообщался непосредственно с окружающим воздухом.
Если «дыхание» трансформатора происходит через воздухоосушитель, маслоуказатель не должен сообщаться с окружающим воздухом помимо расширителя. Поэтому была разработана конструкция маслоуказателя, у которого верхний и нижний концы трубки соединены с расширителем (рисунок 4). Стеклянную трубку 10 уплотняют резиновыми шайбами 6 и 11 и нажимными втулками 7. При очистке или смене стекла отворачивают запорный винт 12, перекрывающий доступ масла из расширителя.
В трансформаторах I—II габаритов применяют маслоуказатели с плоским стеклом. В плоской стенке расширителя делают два отверстия диаметром по 4 мм. На стенку укладывают уплотнение и пластину из органического стекла (применяют и обычное утолщенное стекло), перекрывающие оба отверстия. При помощи приваренных к стенке шпилек стекло стальным фланцем прижимают к расширителю. В зазоре между стенкой и стеклом находится масло на том же уровне, что и в расширителе.
Конструкция такого маслоуказателя очень проста, однако надежное уплотнение стекла удается получить лишь при его сравнительно небольших размерах. Недостатком является и то, что уровень масла в плоском маслоуказателе можно видеть только в том случае, если стоять напротив торцевой стенки расширителя, сбоку уровень не виден. Замена стекла или уплотнения в таком маслоуказателе возможна лишь при освобожденном от масла расширителе.
Расширительный бак трансформатора
Расширительный бак трансформатора представляет собой резервуар определённого объёма (около 10% объёма масла трансформатора), назначение которого для компенсации температурных изменений масла при работе трансформатора.
Расширительный бак обеспечивает постоянное заполнение бака трансформатора маслом при любых изменениях температуры окружающего воздуха и нагрузок.
При повышении температуры и увеличении объёма избыток масла поступает в расширитель по маслопроводу, соединяющему расширитель с баком. При понижении температуры и уменьшении объёма масло переходит из расширителя в бак.
Принцип работы расширительного бака трансформатора
Бак служит для установки в нем активной части трансформатора и заливки масла (некоторые баки специальных трансформаторов заполняют газом или кварцем); он состоит из обвязки 3, дна 4, рамы 2 и крышки 1 (рис. 1) с отверстиями для крепления болтами к раме.
Рис 1. Основные части бака трансформатора
Крышка закрывает бак и одновременно является основанием для установки расширителя, вводов, приводов переключающих устройств, баллона термосигнализатора, подъемных колец и других деталей (рис. 2).
Рис.2. Крышка трансформатора ТМ-400/10 (вид сверху): 1 — фланец для соединения с расширителем, 2 — рым, 3 — ввод ВН, 4 — переключатель, 5 — кран, 6 — термометр, 7 — пробивной предохранитель, 8 — ввод нейтрали НН, 9 — линейный ввод НН, 10 — крышка, 11 — место установки расширителя
Место разъема крышки с баком уплотняют резиновой полосой, укладываемой на раму в уступ между выступающим торцом обечайки и отверстиями в раме.
Крышка баков трансформаторов мощностью 25 MB-А и выше приварена к обечайке. Бак имеет нижний разъем и состоит из верхней (высокой) съемной части и нижней, являющейся его основанием (днищем). Такое устройство облегчает разборку и сборку трансформаторов и не требует механизмов большой грузоподъемности, поскольку вместо активной части поднимают верхнюю часть бака.
Для перемещения трансформаторов (при монтаже, ремонте) массой до 20 т под днищем устанавливают тележки (по две на трансформатор), при большей массе — каретки; для подъема трансформатора стропами к стенкам бака приварены крюки; для крепления охладителей и термосифонных фильтров — патрубки с фланцами; для заполнения трансформатора маслом установлены вентили.
Баки трансформаторов III габарита и более мощных усиливают поперечными и продольными балками из стального проката (швеллер, тавр, уголок). Механическую прочность бака и непроницаемость сварных швов испытывают избыточным давлением 30—50 кПа.
Для трансформаторов I—V габаритов применяют баки овальной формы, больших габаритов — прямоугольные, с пространственным магнитопроводом—треугольные или круглые. Их изготовляют из листовой стали; стыки листов соединяют привариванием газо- или электросваркой.
Конструкция бака трансформатора
Расширитель обеспечивает сокращение площади соприкосновения поверхности масла с воздухом, в результате чего масло меньше окисляется, тем более что в расширителе температура масла ниже, чем в верхней части бака.
В ряде конструкций расширитель снабжён воздухоосушителем, заполненным силикагелем и имеющим гидрозатвор.
воздухоочиститель силового трансформатора
Воздух, засасываемый в расширитель, проходит через воздухоосушитель, освобождаясь от влаги и механических примесей.
Контроль состояния силикагеля производится визуально через смотровое окно в верхней части воздухоосушителя.
В конструкции расширителя, имеющего воздухоосушитель, предусматривается грязевик, который предохраняет от попадания осадков в бак трансформатора (причина осадков — окисление масла при воздействии кислорода воздуха).
маслоуказатель типа ТМГ
Контроль уровня масла в расширителе осуществляется с помощью маслоуказателя.
Для исключения прямого соприкосновения масла с атмосферным воздухом расширители (как правило, мощных трансформаторов) имеют плёночную или азотную защиту.
Плёночная защита обеспечивает полную герметизацию трансформатора благодаря установке внутри расширителя специальной эластичной оболочки — плёнки из маслостойкой прорезиненной ткани.
Внутренняя полость оболочки связана с окружающим воздухом через воздухоосушитель. При температурных колебаниях объёма масла одновременно изменяется объём оболочки, при этом через воздухоосушитель засасывается или вытесняется атмосферный воздух. Наличие воздухоосушителя исключает появление конденсата во внутренней полости оболочки.
Уровень масла в расширительном баке трансформатора
Уровень масла в расширительном баке трансформатора определяется по стрелочному маслоуказателю, рычаг которого опирается на внутреннюю поверхность оболочки, прилегающей к поверхности масла.
Азотная защита также обеспечивает полную герметизацию трансформатора от окружающего воздуха. Эта защита более трудоёмка в эксплуатации и в настоящее время во вновь изготовляемых трансформаторах не применяется, а в эксплуатируемых заменяется при модернизации трансформаторов на плёночную. При азотной защите надмасляное пространство расширителя соединяется газопроводом с эластичной выносной ёмкостью (одна-две оболочки) из прорезиненной ткани и заполняется сухим азотом.
Температурные колебания масла в расширителе вызывают изменение объёма эластичных оболочек. Эластичные оболочки в целях исключения повреждений помещены в шкафы (при необходимости — с подогревом).
Там же размещают осушитель, предназначенный для осушки надмасляного пространства расширителя.
Осушитель
Осушитель практически полностью удаляет влагу из воздуха, который проходит через него в расширитель, когда трансформатор охлаждается. Это явление дает положительный эффект, предотвращает снижение диэлектрической прочности изоляции из-за влаги воздуха и предотвращает образование конденсата в расширителе.
Осушитель, расположенный между расширителем и оболочками, способен поглощать влагу при движении азота как со стороны расширителя, так и со стороны оболочек (в случае их разгерметизации). При замене повреждённых оболочек допускается кратковременная работа трансформатора с осушителем. Этот вспомогательный осушитель не имеет масляного гидрозатвора. В процессе эксплуатации в системе азотной защиты поддерживается избыточное давление.
Видео: Расширительный бак силового трансформатора. Устройство.
Инструкция о заливке, доливке и порядке смешения трансформаторного масла
Расширительный бак трансформатора представляет собой резервуар определённого объёма (около 10% объёма масла трансформатора), назначение которого для компенсации температурных изменений масла при работе трансформатора.
Расширительный бак обеспечивает постоянное заполнение бака трансформатора маслом при любых изменениях температуры окружающего воздуха и нагрузок.
При повышении температуры и увеличении объёма избыток масла поступает в расширитель по маслопроводу, соединяющему расширитель с баком. При понижении температуры и уменьшении объёма масло переходит из расширителя в бак.
Как стареет трансформаторное масло?
Старение напрямую связано с окислительными процессами в масле. Как только в масло проникает кислород и вода, то оно начинает окисляться вне зависимости от внешних условий.
Кроме того, на изоляционное масло воздействуют появляющиеся загрязнения от твердых материалов трансформатора. Высокая температура + влажность и начинающееся окисление крайне отрицательно действуют по отношению к твердой изоляции.
Пару слов о рабочей температуре.
Трансформаторное масло лучше растворяет воду при высокой, чем при низкой температуре. Если смесь масла с водой охладить, вода уйдет в осадок. Отторгнутая вода будет впитываться в изоляцию, или ее притягивают продукты распада в масле (вода, смешанная с маслом).
Влажность будет распределяться между бумагой и маслом, но непропорционально. Изоляционная бумага поглощает воду из масла и удерживает ее внутри, в местах самого высокого напряжения.
Одним из основных положений в обслуживании трансформатора является ежегодная проверка масла. Анализ масла позволяет судить о состоянии изоляционной системы трансформатора.
Загрязнение формируется в процессе износа трансформатора. Грязь появляется быстрее при сильно загруженном, горячем и при неправильно эксплуатируемом трансформаторе. Грязь увеличивает вязкость масла, и тем самым уменьшает его охлаждающую способность, что ведет к сокращению службы трансформатора.
Трансформаторное масло можно полностью восстановить. Срок использования изоляционного масла при хорошем обслуживании можно продлить неограниченно. Возможность регенерации наихудшего окисленного масла должна рассматриваться относительно высокой стоимости нового масла.
Замена масла (фильтрование, промывка, перезаливка)
Эту процедуру лучше сделать на месте. Трансформатор осушивается от масла. Внутренняя часть промывается горячим нафтеновым или отрегенерированным маслом, чтобы удалить скопление грязи и затем заполнить восстановленным маслом. Загрязненное масло снова регенерируется.
Если промывка загрязненного трансформатора производится только через смотровое отверстие, то очистится приблизительно 10 % от внутренней поверхности. В таких случаях пленка загрязненного масла останется на большой части поверхности обмотки и внутренней поверхности бака трансформатора.
Не забывайте, что до 10 % объема масла в трансформаторе впитается в целлюлозную изоляцию. Оставшееся масло в изоляции и трансформаторе содержит полярные структуры и может разрушить большое количество нового или отрегенерированного масла.
Если верх покрытия убран, приблизительно 60 % поверхности может быть очищено.
Простая замена масла не удаляет всю осадочную грязь, например, как в системе охлаждения и между обмотками. Эти осадочные грязи будут растворяться в новом масле и способствовать процессу окисления.
Регенерация и очищение от грязи на месте
Процесс регенерации масла и очищения от грязи происходит на месте (возможно в баке трансформатора). Масло откачивается с нижней части бака, нагревается, фильтруется, дегазируется и обезвоживается перед тем, как она вернется на верх трансформатора через расширительный бак.
Процесс продолжается до тех пор, пока масло не будет соответствовать стандарту или другим спецификациям. Методика восстановления масла использует метод нагрева, адсорбции и вакуумирования (выделение воды и дегазация). Все обнаруженные утечки должны быть устранены перед обработкой масла.
Разница между регенерацией и очисткой заключается в том, что очистка не может удалять такие вещества как: кислоты, альдегиды, кетоны и т.д., растворенные в масле. Таким образом, очистка не может менять цвет масла от янтарного до желтого. В то время, как регенерация включает в себя также очистку, фильтрацию, и обезвоживание.
Произведенная регенерация и очистка трансформаторного масла на месте дает следующие результаты:
Процесс очистки – это очистка трансформатора горячим маслом, вследствие чего удаляются грязные осадки. Очищение от грязи или вымывание горячим маслом необходимо, когда анализ масла выявляет больше, чем 0,15 мгм КОН/гр и межфазное напряжение меньше чем 24 дн./см.
Очищение от грязи производится с помощью установки для регенерации масла, процесс требует нагревать масло до тех пор пока оно не достигнет точки растворимости грязи в трансформаторе и, в частности в целлюлозной изоляции. Масло тогда играет роль как растворитель для собственных продуктов распада.
Схема включения и запуска приборов
Подключить тс разрешается только после ознакомления с инструкцией. Запрещено:
Порядок включения не предусматривает осмотр внутренней части механизма. После поступления устройства на производство проводится только его внешний осмотр — вводы, контакты. Включение и пуска прибора проводится по такой схеме:
Инструкция
Действие инструкции распространяется на случаи применения выше указанных масел на местах монтажа трансформаторов у потребителей, а так же при доливке масел в трансформаторы при ревизиях и осмотрах.
Не бывшими в эксплуатации следует считать масла, поступающие потребителям непосредственно от предприятий-изготовителей или баз хранения масла, а также масла, залитые в трансформаторы на предприятиях-изготовителях, но не бывшие в работе.
Заливку масла в трансформаторы проводят:
Видео: разобранный трансформатор и трансформаторное масло
Правила использования трансформаторов типа ТМ и ТМГ
Трансформаторы ТМ и ТМГ относятся к наиболее популярному типу — масляным. Оборудование обладает массой преимуществ, среди которых возможность монтажа внутри помещения или в условиях улицы, невосприимчивость к перепаду температур и высоким, низким показателям (от минус 60 до плюс 40 градусов). Приборы герметичные, следовательно, масло никак не контактирует с окружающей средой. Использующему персоналу не требуется контролировать вытечку, анализировать состояние воздуха на производстве.
Руководство пользователя содержит информацию о правилах использования. Устройства подключаются с сеть с указанной частотой тока, предназначаются для распределения электрической энергии по сопутствующим приборам. Используется в помещении без вибраций, тряски. Хоть масло не контактирует со средой, применять в средах, которые содержат химически взрывоопасные элементы, нельзя.
Величина tg δ изоляции обмотки
Величина tg δ изоляции обмотки трансформаторов не должна превышать значений, указанных в таблице 4.
| Обмотка ВН | tg δ при tобм, °С | |||||||||||||||
| 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | ||||||||||
U ≤ 35 кВ, P, кВ×А: Величина сопротивления изоляции R60’’Величина сопротивления изоляции R60’’, для трансформаторов, залитых маслом, удовлетворяющим ГОСТ, не должна быть меньше значений, указанных в таблице 2.
Ревизия проводится при плановом предупредительном ремонте — это обязательно. Но есть и другие случаи, когда она необходима. В частности, проводится при: Ревизия — обязательная процедура. С ее помощью выявляются дефекты работы на начальном уровне. Это в свою очередь позволяет устранить проблемы до того момента, как они приведут к выходу тс из строя и необходимости качественного ремонта. Также регулярная ревизия при плановом осмотре является вехой техники безопасности.
| ||||||||||||||||