Спосіб виготовлення сухого трансформатора

1. Спосіб виготовлення сухого трансформатора, що включає намотування витків обмотки, що охоплює стрижні магнітної системи, обпресування, просочення її ізоляційним лаком і запікання, який відрізняється тим, що частину витків обмотки, що охоплюють стрижні магнітної системи, розміщених у зоні найбільшого її нагрівання, виконують з ізоляцією підвищеного класу нагрівостійкості й з'єднують їх з основними витками обмотки, наприклад, за допомогою пайки срібним припоєм, стики витків 3 ковий провідний електричний струм і тепло, метал, з'явилося також одним з стримуючих факторів подальшого їхнього застосування й розвитку. Відомий також спосіб виготовлення сухого з повітряним охолодженням трансформатора, узятий нами за прототип, що включає намотування витків, що охоплюють стрижні магнітної системи, обпресування, просочення ізоляційним лаком і запікання [3, 4]. У сухих трансформаторах для виготовлення обмотки застосовані кремнійорганічна ізоляція й лак класу нагрівостійкості Н, що допускають нагрівання до 180С [4]. Особливістю нагрівання обмотки сухого з повітряним охолодженням трансформатора є нерівномірність її нагрівання по висоті. Найбільш нагріта зона (крапка) обмотки перебуває не у верхній частині, а приблизно на 0,75 Loб, де Loб - висота обмотки трансформатора. Це пояснюється тим, що від верхньої частини обмотки відтік тепла здійснюється до ярмових балок більш інтенсивно. Найбільш імовірною причиною ушкодження сухих трансформаторів є перегрів обмотки в зоні найбільшого її нагрівання. У цій зоні й відбувається ушкодження обмотки, що закінчується найчастіше аварійними наслідками - небезпекою вибуху атмосфери, що тягне за собою загибель людей, припинення вуглевидобутку, додаткові витрати на його заміну й т. ін. Найбільше нагрівання обмотки в будь-якій її крапці не повинен перевищувати значень, що допускають її класом ізоляції. Нагрівання обмотки, наприклад, виконаної із застосуванням ізоляції класу Н не повинен перевищувати 180С при тривалому безперервному навантаженні трансформатора. Нерівномірність нагрівання обмотки по висоті, що досягає до 100...120С для трансформаторів потужністю 1000...1600кВА є причиною недовикористання ізоляції в тепловому відношенні. Різність температур проміж найбільш нагрітої крапкою обмотки й температурою в її нижньої частині вдається трохи знизити за рахунок зменшення довжини стрижнів і відповідно висоти обмотки. Однак характер температури обмотки від витка до витка по всій її довжині залишається все-таки незмінним. Застосування ізоляції проводів обмотки, що допускає більшу температуру нагрівання, не змінює суть картини температурного поля в частині використання її теплового навантаження й додатково приводить до перевитрати витрат на електроізоляційні матеріали, що відповідно підвищує собівартість виготовлення активної частини трансформатора. В основу корисної моделі поставлене завдання зниження витрати електроізоляційних матеріалів на виконання повздовжньої (виткової) ізоляції обмотки трансформатора з одночасним підвищенням його потужності при рівних витраті провідникового матеріалу й габаритних розмірів трансформатора. Рішення поставленого завдання досягнуте тим, що при виготовленні обмотки сухого трансформатора, що включає намотування витків обмотки, що охоплюють стрижні магнітної системи, обпресування, просочення ізоляційним лаком і 57397 4 запікання, частину витків обмотки, що охоплюють стрижні магнітної системи, розміщених у зоні крапки найбільшого її нагрівання, виповнюють з ізоляцією підвищеного класу нагрівостійкості й з'єднують їх з основними вітками обмотки, наприклад, за допомогою пайки срібним припоєм, стики витків з ізоляцією підвищеного класу нагрівостійкості з основними витками обмотки ізолюють ізоляцією відповідного класу нагрівостійкості. Основні витки розміщають нижче й вище від найбільш нагрітої зони витків обмотки з ізоляцією підвищеного класу нагрівостійкісті. Частина витків обмотки з ізоляцією підвищеного класу нагрівостійкісті утворить зону найбільшого нагрівання таким чином, щоб нагрівання основних витків обмотки при навантаженні, обумовленої включенням витків з підвищеним класом нагрівостійкості ізоляції в її сполуку, не перевищував припустимого нагрівання ізоляції основних витків обмотки. Між сукупністю істотних ознак - виконанням частини витків обмотки існує причиннонаслідковий зв'язок, що полягає в тім, що при виготовленні обмотки сухого трансформатора, що включає намотування витків обмотки, що охоплюють стрижні магнітної системи, обпресування, просочення ізоляційним лаком і запікання, частину витків обмотки, що охоплюють стрижні магнітної системи, розміщених у зоні крапки найбільшого її нагрівання, виконують з ізоляцією підвищеного класу нагрівостійкісті й з'єднують їх з основними витками обмотки, наприклад, за допомогою пайки срібним припоєм, стики витків з ізоляцією підвищеного класу нагрівостійкості з основними витками обмотки ізолюють ізоляцією відповідного класу нагрівостійкості, при такому виконанні сухого трансформатора, досягнуте зниження витрати електроізоляційних матеріалів з одночасним можливим підвищенням потужності трансформатора. Запропонована корисна модель відповідає вимогам винахідницького рівня, тому що істотні ознаки сухого з повітряним охолодженням трансформатора, що відрізняють технічне рішення, що заявляється, від прототипу, у відомих способах і пристроях не виявлені. Запропонований сухий трансформатор дозволяє досягти наступних переваг у порівнянні з відомим способом виготовлення: - знизити витраті електроізоляційних матеріалів підвищеної нагрівостійкості на повздовжню ізоляцію обмотки, тому що витки з ізоляцією підвищеної нагрівостійкості перебувають тільки в зоні найбільшого нагрівання обмотки трансформатора; - при використанні частини витків обмотки підвищеної нагрівостійкості в зоні найбільшого її нагрівання, може бути підвищена потужність при рівних витраті провідникового матеріалу й габаритних розмірів трансформатора, розміщеного в герметичній оболонці. - при розрахунку потужності, ориентированной на використання ізоляції, що допускає менший, у порівнянні з уведеними витками нагрівання ізоляції, може бути підвищена надійність виробу, що є особливо важливим при використанні трансформатора в умовах вибухонебезпечної атмосфери. 5 Сутність запропонованого технічного рішення пояснюється кресленням, де на Фіг.1 схематично зображені криві зміни температури обмотки однієї фази трансформатора по висоті. Запропонований спосіб виготовлення сухого трансформатора, що містить у собі оболонку (на кресленні не показана) і активну частину (властиво трансформатор) передбачає виготовлення активної частини, що містить магнітну систему зі стрижнями і, ярмами 11 обмоткою і, що представляє сукупність витків, що охоплюють стрижні 1 магнітної системи, що утворять електричне коло, у якій підсумуються електрорушійні сили (ЕДС), наведені у витках. Трансформатор може бути однофазний або трифазний. На кресленні з метою спрощення, показана одна фаза трансформатора. Частина витків 4 обмотки 3, з нанесеної на стрижні ізоляцією підвищеної нагрівостійкості розміщена в найбільш нагрітій її зоні. Виконана обмотка піддається просоченню ізоляційним лаком, спікається й насаджується на стрижні активної частини трансформатора. Активна частина міститься в оболонку (на Фіг.1 не показане). При підключенні трансформатора під напругу й навантажуючи його до номінальної потужності, в активній частині 1 виникаючі в ній втрати потужності приводять до нагрівання магнітопроводу й обмотки трансформатора. Характер нагрівання обмотки, розміщеної на стрижнях активної частини вертикально приводить до нерівномірного її нагрівання (крива 5). Розміщення витків обмотки підвищеної нагрівостійкості практично не змінює форму й характер температурного поля активної частини трансформатора (крива 6), тобто криві нагрівання 5 і 6 є практично конгруентними. Включення ж до складу обмотки частини витків підвищеної нагрівостійкості дозволяє підвищити надійність активної частини трансформатора, що особливо важливо для трансформаторів, призначених для експлуатації у вибухозахищених середовищах. Наприклад, якщо обмотка трансформатора має виткову ізоляцію, що допускає нагрівання до 180С, а витки в найбільш нагрітої зоні допускають нагрівання ізоляції до 200С, тобто зона найбільш нагрітої частини обмотки 4 надійно захищається від перегріву й не може служити причиною можливого ушкодження обмотки трансформатора. Надійність у цьому випадку досягнута за рахунок використання не всієї обмотки, а тільки частини витків з ізоляцією підвищеної нагрівостійкості, що удишевляє витрати у виготовленні. Так само при більшому перекритті зони використання витків обмотки з ізоляцією підвищеної нагрівостійкості може бути збільшена потужність трансформатора. Обмежуючими умовами при цьому може бути температура нагрівання обмотки у верхній її частині. Витки основної частини обмотки, розташовані нижче найбільшої температури нагрівання и дотичні з ними, повинні мати температуру нагрівання з верхніми витками, що стикаються з витками найбільш нагрітої частини обмотки (точки дотику витків найбільш нагрітої частини обмотки з верхніми й нижніми основними витками - «а» і «в» на кривій 6), не перевищуючої припустимої температури нагрівання основних витків обмотки. Інакше 57397 6 кажучи, якщо ізоляція основних витків обмотки розрахована на температуру нагрівання 180С, то й витки, що стикаються з витками обмотки, що мають підвищену припустиму температуру нагрівання, повинні мати в крапках їхнього зіткнення «а» і «б» температуру не більше 180С. Витки обмотки з ізоляцією підвищеного класу нагрівостійкості включаються в розсічку між основними витками обмотки в крапках «а» і «б» шляхом забезпечення надійного гальванічного зв'язку, наприклад, за допомогою пайки срібним припоєм. Пайка здійснюється також у процесі намотування або шляхом попередньої заготівлі проведення для намотування відомим способом. Механічні характеристики обмотки при цьому не знижуються. При виконанні обмотки з декількох паралельних проводів витки з ізоляцією підвищеної нагрівостійкості трохи зміщаються друг щодо друга для виключення неприпустимого збільшення геометричних розмірів в одному вузлі й забезпечення достатньої стійкості до пробою ізоляції. Проілюструємо ефективність застосування запропонованого способу на прикладі. У ремонт надійшов трансформатор вибухобезпечної трансформаторної підстанції, обмотка якого виконана з ізоляцією класу нагрівостійкості Н, що допускає максимальну температуру нагрівання 180С [2]. У результаті проведеної деффектації встановлено, що обмотка ушкоджена через тепловий вплив, внаслідок чого частина витків обмотки вищої напруги в зоні максимального нагрівання вигоріла. Ремонт обмотки передбачає заміну вигорілих витків рівного перетину, що мають ізоляцію класу нагрівостійкості 200. Відомо також, що в результаті попередніх лабораторних досліджень даного типу й потужності трансформаторів, розподіл температури нагрівання обмотки  починаючи знизу, підкоряється залежності   A  e  , C, (1) де А й  - коефіцієнти; e - підстава натуральних логарифмів; I   нг де Iнг й Iном - навантажувальний і ноIном мінальний струми відповідно. Потрібно визначити ступінь підвищення потужності трансформатора після заміни частини витків у найбільш нагрітій крапці (зоні) обмотки витками, що мають ізоляцію класу нагрівостійкості 200. Для трансформатора, що надійшов у ремонт, залежність температури нагрівання обмотки представляється формулою:   74 ,4  e0,882 , C, (2) Перетворивши формулу (2), визначимо ступінь підвищення потужності в результаті заміни частини витків, позначену по висоті літерами «а» і «б», що мають ізоляцію класу нагрівостійкості Н, на витки, що мають ізоляцію класу нагрівостійкості 200. 200 In 74,4   112 . , 0,882 7 Тобто після заміни частини основних витків обмотки, виконаних з ізоляцією класу нагрівостійкості Н, що допускає нагрів її до 180С на витки з ізоляцією класу нагрівостійкості 200, потужність трансформатора підвищиться на 12%. Так само, при виконанні обмотки з ізоляцією класу Н и класів 200 або 250, шляхом їхньої комбінації, вартість виготовлення трансформатора може бути знижена. Попутно помітимо, що при застосуванні зазначеної частини витків обмотки з ізоляцією класу нагрівостійкості 220 й 250, потужність трансформатора може бути збільшена приблизно на 23 і 37% відповідно. Так, наприклад, при ремонті трансформатора потужністю 630кВА, його потужність таким чином у результаті ремонту складе 775 і 863 кВА відповідно. Однак, у зв'язку з тим, що в цей час на шахтах країн СНД в експлуатації перебувають в основному трансформатори й трансформаторні підстанції, обмотки яких виконані з ізоляцією класу Н, то потужність всіх трансформаторів, що надійшли в ремонт, може бути без великих витрат істотно збільшена, особливо при застосуванні ізоляції класу 250. Природним є й те, що потужність трансформатора після проведеного ремонту може бути перемаркірована. Запропоноване технічне рішення дозволяє за рахунок застосування тільки частини витків обмотки з ізоляцією класу підвищеної температури нагрівання, істотно підвищити надійність трансформатора, скоротити вихід з ладу через ушкодження ізоляції в найбільш нагрітій їхній зоні, що в загальному підвищить безпеку їхньої експлуатації особливо в умовах вибухонебезпечних виробництв, таких як вугільні шахти. З іншої сторони при перекритті зони найбільшого нагрівання обмотки трансформатора, його потужність може бути збільшена в заданих габаритних розмірах, що також важливо для економії активних матеріалів і для трансформаторів призначених для експлуатації зі стиснутими умовами 57397 8 проведення робіт, наприклад, для вугільної промисловості. Запропоноване технічне рішення може бути поширене на інші типи сухих трансформаторів, особливо з обмотками, великої висоти, дроселів, реакторів та інших електромагнітних пристроїв і, таким чином, знизити потребу в дорогої ізоляції, що допускає підвищене нагрівання. При ремонтах існуючих трансформаторів, використання запропонованого способу виготовлення, дозволяє не тільки підвищити надійність, що поступили в ремонт трансформатора, але також збільшити його потужність, а при його використанні, орієнтованому на колишню його потужність, що не передбачає перемаркірування його потужності, істотно підвищити його надійність і термін служби, тому що зниження температури нагрівання найбільш нагрітої крапки витків обмотки, залежно від різниці припустимого нагрівання колишньої й знову прийнятої ізоляції, дозволить підвищити його термін служби більш ніж у два-чотири рази. Виготовлення запропонованого сухого з повітряним заповненням трансформатора не вимагає підвищення кваліфікації персоналу й практично не відрізняється від виготовлення трансформатора, прийнятого нами за прототип. Джерела інформації: 1. Зайцев И.И. и др. Кварценаполненные взрывобезопаеные трансформаторы и подстанции. - М.: Энергия, 1970. с. 38 -50. 2. ГОСТ 8865- (МЭК 85-84). Системы электрической изоляции. Оценка нагревостойкости и классификация.- Киев: Госстандарт Украины, 19%. - 8 с. 3. Подстанции трансформаторные взрывобезопасные ТСШВП. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ОАШ.140.324. Донецк, 1977. - 31с. 4. Тихомиров П.М. Расчѐт трансформаторов. Учеб. пособие для вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатоиздат, 1986. -528 с: ил. (с.214). ил. 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 57397 Підписне 10 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601