Современные конструкции и особенности силовых трансформаторов распределительных электрических сетей (стр. 3 из 8)
Фирмы General Electric, Westinghouse (США), Matsuchita (Япония) применяют витые разрезные планарные магнитопроводы с различным исполнением зоны стыка. Трансформаторы фирмы Westinghouse выполнены по Т-образной схеме (Скотта). Схема зоны стыка – «пластина в пластину». Схема шихтовки запатентована фирмой. Благодаря ей снижается плотность потока индукции в области стыка, а также на 10 -15% потери холостого хода. Трансформаторы фирмы собираются из двух однофазных броневых трансформаторов.
Фирмы Японии применяют разрезные витые магнитопроводы с резом по типу трансформаторов малой мощности (серия ОСМ) с травлением и полировкой зоны стыка Технологическое оборудование, применяемое фирмами США, разработано и изготовлено фирмой Georg.
По расходу активных материалов трансформаторы Т-образной схемы уступают трехфазной планарной шихтованной конструкции. При одинаковом уровне Рх.х. , РК,З, трансформаторы Т-образной схемы проигрывают 18 -25% массы активных материалов.
Материал обмоток медный и алюминиевый провод круглого и прямоугольного сечения. Изоляция провода для малых мощностей — эмаль, для больших - кабельная бумага
В обмотках низкого напряжения для мощностей более 250 кВ · А применяется алюминиевая лента. Использование ленты позволило решить проблему изготовления прямоугольной обмотки, улучшить ее электрическую прочность, снизить производственные затраты. Для решения проблемы динамической стойкости катушек прямоугольной формы в качестве межслоевой изоляции применена кабельная бумага с двухсторонним ромбовидным клеющим покрытием. Покрытие окончательно полимеризуется в процессе сушки трансформатора, обмотка становится монолитной и динамически устойчивой.
Для трансформаторов мощностью менее 250 кВ · А применение ленты нецелесообразно, так как необходима межслоевая изоляция тоньше 0,08 мм. Использование изоляции 2х0,08 мм значительно снижает коэффициент заполнения катушки. Применение синтетических пленок ограничено из-за высокой стоимости.
Современным направлением в конструкции бака является использование гофрированных стенок из тонколистовою (1,0 - 1,2 мм) металла. Применение гофр позволило создать компактный трансформатор с полным заполнением бака маслом герметичного исполнения. Изменение температурных колебаний масла компенсируется эластичностью гофр. Гарантируется нормальная работа трансформатора при всевозможных перегрузках.
Преимущества герметичных трансформаторов с полным заполнением:
· герметизация масла позволяет отказаться от контроля за ним в процессе эксплуатации;
· отсутствие контакта масла с окружающей средой увеличивает срок службы изоляции трансформатора;
· не требуются расширители, и в результате уменьшается высота трансформатора.
Эти преимущества позволяют значительно снизить затраты при эксплуатации распределительных трансформаторов.
Регулировка осуществляется на стороне высокого напряжения. Диапазон регулирования ±5%. Имеется конструкция, позволяющая осуществить перевод трансформатора на другое напряжение. Например, фирма Trafo-Union предлагает трансформаторы с переключением напряжения с 10 на 20 кВ. Основные группы соединений для мощностей до 250 кВ · А - Y/Z - 5, до 630 кВ · А Δ /Y-5, т.е. применяются схемы, имеющие сопротивление нулевой последовательности меньше, чем у трансформаторов со схемой «звезда». Такие схемы при неравномерной нагрузке фаз (что часто бывает в низковольтных сетях) обеспечивают лучший режим за счет снижения величины смещения нейтрали (напряжения нулевой последовательности).
Наряду с обычным исполнением трансформаторов с фарфоровыми изоляторами ВН и НН зарубежные фирмы расширяют выпуск трансформаторов для подсоединения кабелей с так называемыми штекерными (втычными) контактами на стороне высшего напряжения. Эта конструкция обеспечивает быстрое и безопасное присоединение кабелей. Трансформаторы предназначены для устройств с ограниченным пространством (например, для подземных подстанций).
Технические характеристики трансформаторов зарубежных фирм
Минимальная мощность трехфазных распределительных трансформаторов при анализе каталогов фирм ASEA (Швеция), Trafo-Union (ФРГ), Transimel (Франция) составляет 50 кВ·А. Трансформаторы мощностью 25 кВ·А ни одна из фирм не выпускает. Фирмы выпускают трансформаторы мощностью (50)*, (75), 100 (125), 160 (200), 250 (315), 400 (500), 630 кВ·А. Технические данные трансформаторов мощностью 250 кВ·А различных фирм приведены в табл. 1.
Таблица 1
| Параметры | Фирма | |||
| Trafo-Union | Brush | Stromberg | ||
| Тип трансформатора | Т5441А | Т5441E | 250-12 | КТМИ12ХА3455 |
| Потери, Вт: | ||||
| холостого хода | 650 | 450 | 650 | 540 |
| короткого замыкания | 3250 | 3250 | 3250 | 3700 |
| Масса, кг: | ||||
| полная | 1040 | 1140 | 955 | 1030 |
| масла | 280 | 260 | 206 | 280 |
* Трансформаторы мощностью, указанной в скобках, выпускаются но требованию потребителей
Интересен подход фирм к техническим характеристикам (потери холостого хода и короткого замыкания), который выясняется при анализе предлагаемых фирмой Trafo-Union исполнений трансформаторов мощностью 250 кВ • А (на напряжение 10 кВ) серии Tninetik (табл. 2).
Таблица 2
| Обозначение трансформатора по каталогу | Uk, % | Рх.х. ,Вт | Рк.з. , Вт | Масса трансформатора, кг | Масса активной части, кг | Соотношение потерь Рх.х/Рк.з |
| Т5441A | 4 | 650 | 3250 | 1000 | 570 | 5 |
| Т5441B | 4 | 670 | 4100 | 950 | 520 | 6,2 |
| Т5441C | 6 | 610 | 4450 | 970 | 520 | 7,3 |
| Т5441D | 4 | 450 | 3250 | 1140 | 670 | 7,2 |
| Т5441F | 4 | 400 | 4100 | 1040 | 600 | 10,25 |
| Т5441G | 6 | 380 | 4450 | 1090 | 610 | 11,7 |
Из табл. 2 видно, что фирмой выпускается шесть типоисполнений трансформатора одной мощности. Изменение соотношений потерь короткого замыкания и холостого хода колеблется от 5 до 11,7. Соотношения четко показывают, что в зависимости от графика нагрузки и стоимости потерь потребитель может выбрать удовлетворяющий его с точки зрения экономики трансформатор. Анализ массовых характеристик свидетельствует о том, что трансформатор с различным соотношением потерь конструируется с различным вложением активных материалов, изменяющимся в пределах 25%,
Вложение активных материалов на 1 кВ·А установленной мощности трансформатора изменяется от 2,28 до 2,68 кг/ кВ·А , диапазон изменения потерь холостого хода 650 -380 Вт (78%), короткою замыкания 4450— 3250 Вт (36%) [4. 5, 6].
Новые направления в зарубежных разработках
Прогресс в разработках трансформаторов массовых серий в значительной степени определяется созданием новых и совершенствованием широко используемых изоляционных и магнитных материалов. Существенное улучшение характеристик магнитопроводов ожидается за счет внедрения аморфных сплавов (АС) с величиной удельных потерь, составляющих 25—30% от потерь в обычной стали. Исследования аморфных магнитных материалов начались в конце 60-х годов. Первый изготовитель аморфных лент фирма Allied Signal (США). В 70-е годы она выпускала ленты толщиной 30 50 мкм и шириной около 100 мм. В настоящее время получены ленты шириной до 300 мм. Фирма работает над увеличением толщины за счет спрессовывания тонких лент. Уже получен материал толщиной 0,25 и 0.2М мм. Аморфные ленты изготовляются при охлаждении расплава со скоростью 106 ° С/с на быстровращающемся охлаждаемом барабане (см. рисунок). Установка производительностью 10 тыс.т в год имеет размеры 9 х16 х 9 м. Стоимость изготовления материала в 1972 г. составляла 150 долл. за I кг, к настоящему времени снижена до 3,3 долл. за 1кг.
Схема установки для получения аморфных лент. 1 - индукционная печь для планки металла; 2 — резервуар для металла; 3 — дозировочный аппарат; 4 - вращающийся барабан; 5 - полученная и в течение 1 мс аморфная лента; 6 — контрольные приборы; 7 - намотка ленты на барабан.
Ведущими по производству аморфных сплавов являются фирмы Allied Signal (США), Кгuрр и Vacuumschmelre (ФРГ), Hitachi Metals (Япония). Создана совместная японо-американская фирма Nippon Amorhous Metals. Наиболее широко в магнитопроводах трансформаторов используются две марки аморфного сплава: Metglas 2605S-2 и Metglas 2605SC.
Технические данные
| Технические данные | Metglas 2605SC | Metglas 2605S-2 |
| Индукция насыщения, Тл | ||
| До отжига | 1,57 | 1,52 |
| После отжига | 1,61 | 1,56 |
| Остаточная индукция, Тл | ||
| До отжига | 0,67 | 0,40 |
| Посте отжига | 1,42 | 1,3 |
| Коэрцитивная сили, А/м | ||
| До отжига | 6,4 | 13,6 |
| После отжига | 3,2 | 2,4 |
| Точка Кюри, ° С | 370 | 415 |
| Температура кристализации, °С | 480 | 550 |
| Плотность, кг/м2 | 7,32 · 103 | 7,18 · 103 |
| Сопротивление, мкОм · м | 1,25 | 1,3 |
Отжиг производится в среде инертного газа при воздействии магнитного ноля напряженностью 800 А/м. В связи с более низкой индукцией насыщения аморфного материала (не более 1,6 Тл) его рабочая индукция снижена до 1 ,3 -1,4 Тл. Однако при растущей в последнее время стоимости энергии (и соответственно потерь) наблюдается тенденция к снижению индукции и в обычных распределительных трансформаторах (особенно и США, где распространены трансформаторы небольшой мощности, устанавливаемые на мачтах распределительной сети). Помимо указанных свойств аморфные ленты обладают значительной твердостью (63 - 80 ед. по Роквеллу), хотя имеют достаточную эластичность и гибкость.