Способи охолодження. Конструктивне виконання трансформатора визначається значною мірою способом його охолодження, який залежить від номінальної потужності. При збільшенні потужності трансформатора необхідно збільшувати і інтенсивність його охолодження. У силових трансформаторах для відводу теплоти від обмоток і магнітопровода застосовують такі способи охолодження: повітряне, масляне і за допомогою негорючого рідкого діелектрика. Кожен вид охолодження має відповідне умовне позначення.
Трансформатори з повітряним охолодженням ( сухі трансформатори ). При природному повітряному охолодженні муздрамтеатр, обмотки і інші частини трансформатора мають безпосереднє зіткнення з навколишнім повітрям, тому охолодження їх відбувається шляхом конвекції повітря і випромінювання. сухі трансформатори (Рис. 2.18) встановлюють всередині приміщень (в будівлях, виробничих цехах та ін.), При цьому головною вимогою є забезпечення пожежної безпеки.
Мал. 2.18. Сухий трансформатор потужністю 320 кВА без кожуха:
1 - вертикальні стягнуті шпильки;
2 - обмотки ВН;
3 - порцелянові підкладки для пресування обмоток;
4 сталеве пресувальне кільце;
5 - опорні ізолятори відводів ВН;
б - відводи ВН;
7 - порцелянові підкладки для кріплення відводів НН;
8 - дошка затискачів ВН
В експлуатації сухі трансформатори зручніше масляних, так як виключають необхідність періодичного очищення і зміни масла. Слід, однак, відзначити, що повітря має меншу електричної міцністю, ніж трансформаторне масло, тому в сухих трансформаторах все ізоляційні проміжки і вентиляційні канали роблять великими, ніж в масляних. Через меншу теплопровідності повітря в порівнянні з маслом електромагнітні навантаження активних матеріалів в сухих трансформаторах менше, ніж в масляних, що призводить до збільшення перерізу проводів обмотки і муздрамтеатру. Як наслідок цього, маса активних частин (обмоток і магнітопровода) сухих трансформаторів більше, ніж масляних. В даний час сухі трансформатори мають потужності до 20 MBА і напруги обмотки ВН до 35 кВ. Їх встановлюють тільки в сухих закритих приміщеннях з відносною вологістю повітря до 80%, щоб уникнути надмірного зволоження обмоток.
сухі трансформатори з природним повітряним охолодженням можуть мати відкрите (С), захищене (СЗ) або герметизоване (СГ) виконання. Трансформатори типу СЗ закривають захисним кожухом з отворами, а типу СГ- герметичним кожухом. Для підвищення інтенсивності охолодження застосовують обдування обмоток і магнітопровода потоком повітря від вентилятора. Сухі трансформатори з повітряним дуттям мають умовне позначення СД.
Трансформатори малої потужності виконують, як правило, з охолодженням типу С. В деяких випадках їх поміщають в корпус, залитий термореактивними компаундами на основі епоксидних смол або інших подібних матеріалів. Такі компаунди мають високі електроізоляційні і вологозахисними властивостями. Після затвердіння вони не розплавляються при підвищених температурах і забезпечують надійний захист трансформатора від механічних і атмосферних впливів.
Трансформатори з масляним охолодженням . У трансформаторах з природним масляним охолодженням (М) муздрамтеатр з обмотками занурюють в бак, наповнений ретельно очищеним мінеральним (трансформаторної) маслом (рис. 2.19).
Мал. 2.19. Пристрій трифазного масляного трансформатора середньої потужності:
1 - термометр;
2 - висновки обмотки ВН;
3 - висновки обмотки НН;
4, 6 - пробки для заливки масла;
5 - покажчик рівня масла;
7 - розширювач;
8 -магнітопровод;
9 - обмотка НН;
10 -обмотка ВН;
11 -пробка для спуску масла;
12 - бак для масла;
13 - труби для охолодження масла.
Трансформаторне масло має більш високу теплопровідність, ніж повітря, і добре відводить теплоту від обмоток і магнітопровода трансформатора до стінок бака, що має велику площу охолодження, ніж трансформатор. Занурення трансформатора в бак зі спеціальним маслом забезпечує також підвищення електричної міцності ізоляції його обмоток і запобігає її зволоження і втрату ізоляційних властивостей під впливом атмосферних впливів. При правильній експлуатації масляних трансформаторів, коли температура ізоляції в найбільш нагрітому місці не перевищує 105 ° С, трансформатор може служити 20-25 років. Підвищення температури на 8 ° С призводить до скорочення терміну служби трансформатора приблизно в два рази.
У трансформаторах потужністю 20-30 кВА виділяється порівняно невелика кількість теплоти, тому їх баки мають гладкі стінки; у більш потужних трансформаторів (20-1800 кВА) поверхню охолодження бака штучно збільшують, застосовуючи ребристі або хвилясті стінки або оточуючи бак системою труб, в яких масло циркулює за рахунок концепції. Для підвищення інтенсивності охолодження в трансформаторах потужністю більше 1800 кВА до баку прилаштовують навісні або окремо встановлені трубчасті теплообмінники (радіатори), які за допомогою патрубків з фланцями повідомляються з внутрішньою порожниною бака (рис. 2.20, а). У радіаторі відбувається посилена циркуляція масла і інтенсивне охолодження. Масляні трансформатори типу М застосовують для потужностей 10-10000 кВА.
Мал. 2.20. Трансформатор великої потужності з навісними радіаторами (а) і установка вентиляторів для обдування радіаторів (б):
1 - навісний радіатор;
2 - бак трансформатора;
3 - висновок обмотки ВН;
4 - висновок обмотки НН;
5 розширювач;
6 вентилятор;
7 - електродвигун вентилятора;
8 -фланец для приєднання радіатора
Трансформатори потужністю 10000-63000 кВА виконують зазвичай з дуттям (тип Д). В цьому випадку тепловіддача з поверхні радіаторів форсується шляхом обдування їх вентиляторами. Кожен радіатор обдувається двома вентиляторами (рис. 2.20, б), при цьому тепловіддача збільшується в 1,5 -1,6 рази. У трансформаторах з охолодженням типу ДЦ масло насосом відкачується з бака і проганяється через навісні або окремо встановлені теплообмінники (охолоджувачі), обдуваються повітрям. Охолодження з примусовою циркуляцією масла застосовують при потужностях 16000-250000 кВ • А і вище. При використанні масляноводяного охолодження нагріте масло проходить через теплообмінники, охолоджувані водою. Циркуляція масла здійснюється за рахунок природної конвекції (при охолодженні типу MB) або ж за допомогою насоса (при охолодженні типу Ц).
Трансформатори, що охолоджуються негорючим рідким діелектриком. Трансформатори з охолодженням типів Н і НД виконують з герметизованим баком, який заповнюють негорючим рідким діелектриком. Зазвичай застосовують синтетичні ізоляційні матеріали - совтола і ін., Які мають приблизно такі ж електроізоляційні властивості і теплопровідність, як і трансформаторне масло. Трансформатори з охолодженням типів Н і НД пожежобезпечні і можуть встановлюватися в закритих приміщеннях. Їх випускають потужністю 160-2500 кВА при напрузі 6 і 10 кВ.
Совтола являє собою суміш поліхлордіфеніла (совола) з трихлорбензол, який додається для зменшення в'язкості і температури застигання суміші. При використанні совтола в помірному кліматі він містить 65% поліхлордіфеніла і 35% трихлорбензол; для тропічних умов відповідно 90 і 10%. Він дорожче трансформаторного масла, токсичний, що вимагає ретельної герметизації системи охолодження.
Захист масла від зіткнення з атмосферним повітрям. Під час роботи масло в трансформаторі нагрівається і розширюється. При зменшенні навантаження воно, охолоджуючись, повертається до початкового об'єму. Тому масляні трансформатори потужністю 25 кВА і вище мають невеликий додатковий бак-розширювач (рис. 2.21), з'єднаний з внутрішньою порожниною основного бака. При нагріванні трансформатора змінюється обсяг масла, що знаходиться в розширнику. Обсяг його становить близько 10% від обсягу масла в баку. Застосування розширювача дозволяє значно скоротити поверхню зіткнення масла з повітрям, що зменшує його забруднення і зволоження.
Мал. 2.21. Установка розширювача і вихлопної труби:
1 - маслопровід;
2 - газове реле;
3 - кран для від'єднання розширювача;
4 -вказівник рівня масла;
J - розширювач;
б -вихлопная труба;
7 - пробка для заливки масла;
8 -бак трансформатора;
9 - відстійник.
Розширювачі мають воздухоосушитель, заповнений сорбентом - речовиною, що поглинає вологу з повітря, що надходить в розширювач. При потужності 160 кВА і вище на них встановлюють також термосифонний фільтр для безперервного зневоднення та очищення масла. Для більш надійного захисту масли від окислення трансформатори великої потужності виконують герметизованими з повною ізоляцією масла, що знаходиться в розширнику, від атмосферного повітря. Це здійснюється за допомогою подушки, що утворюється з інертного газу (азоту) і розташованої між поверхнею масла і гнучкою розтягується мембраною - азотна захист. Трансформатори з азотної захистом можна виконувати також і без розширювача.
Арматура та підйомні пристрої. При роботі трансформатора масло нагрівається, розкладається і забруднюється продуктами окислення (старіє), тому його періодично очищають або замінюють. Масляні трансформатори щоб уникнути небезпеки пожежі та вибуху встановлюють на відкритих огороджувальних майданчиках або в спеціально споруджених приміщеннях з вогнетривкими стінами, опорами і перекриттями. Для заливки, відбору проби, спуску і фільтрації масла масляні трансформатори забезпечують відповідною арматурою (кранами, вентилями, пробками).
Всі трансформатори мають різні пристрої для їх підйому і переміщення: римболти, гаки, переставні катки і поворотні візки.
Пристрої для контролю за станом масла і системи охолодження. Щоб здійснювати контроль за рівнем і температурою масла, масляні трансформатори мають покажчики рівня і температури. Покажчик рівня зазвичай встановлюють на розширнику, а термометр - на кришці основного бака. У трансформаторах потужністю до 1000 кВА для цієї мети використовують ртутний термометр, а в трансформаторах більшої потужності і в герметичних трансформаторах - спеціальний електричний термосигналізатор. Трансформатори з охолодженням типів Д, ДЦ і НД мають два термосигналізатори, один з яких служить для вимірювання температури верхніх шарів масла, а інший - для автоматичного управління процесом дуття.
Система автоматики повинна забезпечувати: автоматичне включення і відключення системи охолодження одночасно з включенням в мережу і відключенням трансформатора, регулювання інтенсивності охолодження в залежності від навантаження, включення резервного охолоджувача натомість вийшов з ладу, введення резервного джерела живлення при зниженні або зникненні живлення електродвигунів вентиляторів і насосів системи охолодження і відповідну сигналізацію про припинення роботи системи охолодження. Трансформатори потужністю 10000 кВА і вище обладнають також реле низького рівня масла, що знаходиться в розширнику, яке сигналізує про зниження рівня масла і автоматично відключає трансформатор при неприпустимому його зменшенні.
Захист трансформатора від аварій. Для захисту від можливих аварій трансформатори потужністю понад 1000 кВА мають спеціальні газові реле, які встановлюють в трубопроводі між основним баком і розширювачем. При значному виділенні вибухонебезпечних газів, що виникають в результаті розкладання масла, реле автоматично вимикає трансформатор, попереджаючи розвиток аварії. У цих трансформаторах встановлюють також вихлопну трубу (див. Рис. 2.21), закриту скляною мембраною. При раптовому підвищенні внутрішнього тиску утворилися гази видавлюють мембрану і виходять в атмосферу, запобігаючи деформацію бака.
Щоб запобігти появі високого потенціалу на обмотці НН при пошкодженні ізоляції обмотки ВН, в трансформаторах, у яких обмотка НН має напругу до 0,69 кВ, між цією обмоткою і заземленим баком включають пробивний запобіжник, який пробивається при напрузі 1000 В.