Способы расположения обмоток трансформатора

Способы расположения обмоток трансформатора

Особенности, типы и виды обмоток трансформатора тока

Виды обмоток трансформатора

Электромагнитное оборудование, которое содержит несколько обмоток, расположенных на одном проводе и связанных индуктивно, называют трансформатором. Прибор необходим для преобразования электроэнергии тока с помощью магнитной индукции без изменения его частоты. Разные виды обмоток трансформатора используют во многих сферах электрической техники и электроники.

Принципы работы

У любого трансформатора в конструкции есть две или больше обмоток. Они связаны между собой электромагнитной индукцией, могут быть выполнены из проволоки или лент, покрытых слоем изоляции. Обмотки крепят на магнитопровод-сердечник, изготовленный из ферромагнитного мягкого материала. Если в устройстве всего один такой элемент, то оно называется автотрансформатором.

В конструкцию входят определённые детали:

  • расширительный бак с крышкой;
  • изолятор;
  • магнитопровод (сердечник);
  • радиаторы;
  • две обмотки — низкого и высокого напряжения.

Принципы работы трансформатора

Принцип работы трансформаторов изучают ещё в школьном курсе физики, поэтому его легко понять даже школьнику. Первая обмотка получает напряжение, вследствие чего в ней начинает протекать переменный ток. Он создаёт в сердечнике магнитный поток, под воздействием которого в двух элементах появляется электродвижущая сила. Вторичная обмотка замыкается из-за нагрузки, после чего в ней тоже начинает протекать переменный ток, у которого параметры — напряжение и его кривая, частота и количество фаз — отличаются.

Разделяют несколько типов трансформаторов по определённым параметрам:

Несколько типов трансформаторов

  • количеству фаз — трех- и однофазные;
  • числу обмоток — трех- и двухобмоточные;
  • типу изоляции — масляные, сухие и с заполнителем, который не горит;
  • виду охлаждения — с естественным и принудительным масляным, воздушным и с содержанием азотной подушки.

А также различают силовые, сетевые, автоматические, импульсные трансформаторы и устройства электрического тока. Они имеют отличия в конструкции, функциональности и принципах работы.

Силовой агрегат

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор — это агрегат с низкими частотами, который применяется в электрических сетях для преобразования энергии. Своё название прибор получил из-за того, что он используется для приёма и передачи тока на ЛЭП, где показатель напряжения в некоторых случаях достигает 1200 кВ. В городах оно находится в пределах 10 кВ, именно благодаря силовым трансформаторам оно понижается до 0, 4 кВ (220 и 320 В), которые необходимы потребителям.

В конструкции прибора может находиться две и более обмоток, они расположены на броневом магнитопроводе, изготовленном из технической стали. Некоторые из элементов могут получать питание индивидуально. Это удобно при получении напряжения одновременно с нескольких генераторов.

Обычно силовое оборудование помещают в бак с маслом, иногда его дополняет система охлаждения. Устанавливают агрегат на подстанциях, большее распространение имеют трёхфазные трансформаторы, так как они сокращают потери энергии на 15%.

Сетевой прибор

Сетевые приборы

Сетевые приборы — виды трансформаторов тока, которые появились ещё в 80-х годах. Именно это устройство может преобразовать бытовое напряжение в 220 В в показатель, потребляемый электроприборами — 48, 24, 12 или 5 вольт. Иногда агрегаты выполняются с несколькими вторичными обмотками, так можно использовать сразу несколько источников питания. В схемах любой радиолампы всегда присутствует сетевой трансформатор накаливания.

У современного оборудования сердечник имеет форму буквы Ш или стержня, изготовлен он из электротехнических стальных пластин, на которые навиваются обмотки. Трансформатор с компактными габаритами имеет тороидальный магнитопровод. При этом его мощность не уступает моделям с более крупными размерами и сердечниками других форм. К сетевым относят также сварочные устройства с мощностью до 6 кВт.

Особенности автотрансформатора

Если интересует, какие бывают трансформаторы, то среди низкочастотных можно выделить автоматическое оборудование. У таких агрегатов первичная обмотка является и вторичной одновременно. То есть элементы связаны не только индукцией, но и электричеством. С одной обмотки есть несколько выводов, поэтому она может давать одновременно разное напряжение. У прибора стоимость ниже, чем у остальных видов трансформаторов. Это обусловлено расходом меньшего количества проводов для одной обмотки, стали для магнитопровода и незначительной массы.

Автотрансформаторы применяются в приборах автоматического управления и высоковольтных сетях. Оборудование с обмотками, соединёнными в треугольник или звезду, очень востребованы в современных системах электричества. Силовые агрегаты обладают мощностью до 100−200 мВт. Целесообразно использовать их при маленьких коэффициентах трансформации.

Особенности автотрансформатора

Ещё один вид автотрансформатора — лабораторный прибор. С его помощью можно плавно контролировать напряжение перед его подачей потребителю. По конструкции это трансформатор с одной обмоткой, у которой есть неизолированные витки проводов. То есть появляется возможность подключиться к каждой петельке отдельно.

Установить контакт помогает скользящая щётка, которой можно управлять с помощью поворотной ручки. Во время нагрузки выходит напряжение разной величины, однофазные агрегаты выдают показатель от 0 до 250 В, а трёхфазные — до 450 вольт. В лабораториях используют менее мощные конструкции для настройки электрического оборудования.

Оборудование тока

Трансформатор тока

Трансформатор тока — это прибор, первичная обмотка которого подключается к источнику питания, а вторичная присоединяется к измерительным устройствам с малым внутренним сопротивлением. Первый элемент — один провод или виток — включают в цепь последовательным путём для измерения переменного тока. При этом показатель вторичной обмотки, которая должна находиться под нагрузкой с высоким напряжением, способным пробить изоляцию, пропорционален первой. Если её разомкнуть, то магнитопровод просто сгорит от некомпенсированного тока.

В конструкции сердечник изготовлен из кремнистой холоднокатаной стали, на него намотана одна вторичная обмотка. Первичная деталь обычно представляет собой шину или провод с током, пропущенный через отверстие сердечника. Высокий коэффициент трансформации — это главное преимущество такого агрегата. Трансформаторы тока часто применяются для измерения электричества и в различных схемах защиты реле.

Так как цепи изолированы друг от друга, использование оборудования считается безопасным. Промышленные агрегаты выпускаются с несколькими группами вторичных обмоток. Одна из них подключается к защитному оборудованию, а вторая к устройству измерения — счётчику.

Импульсная конструкция

В сварочных аппаратах, блоках питания, инверторах и преобразователях тока с малой и средней мощностью установлены импульсные трансформаторы. Эти приборы уже давно вытеснили тяжёлое низкочастотное оборудование. Устройство имеет вид трансформатора с ферритовым сердечником в форме букв П или Ш, стержня, чашки или кольца. Их преимущество перед другими материалами состоит в возможности работать на частоте свыше 500 кГц.

Так как это высокочастотный агрегат, то и его размеры незначительные. На обмотку требуется меньше провода, а одного или нескольких полевых транзисторов будет достаточно для получения тока. Количество дополнительного оборудования зависит от топологии схем питания:

Импульсные трансформаторы

  • прямоходовая — один прибор;
  • двухтактная — 2;
  • полумостовая — 2;
  • мостовая — 4.

Трансформатор выполняет роль дросселя в случае, когда применяется обратноходовая схема питания. Ведь тогда процессы накопления и выдачи электрической энергии во вторичную цепь разделены определённым промежутком времени. Импульсные трансформаторы с ферритовыми сердечниками сегодня можно встретить практически везде. Они применяются в энергосберегающих лампах, сварочных аппаратах и инверторах, а также зарядных устройствах для мобильного телефона, ноутбука и планшета.

Импульсный агрегат тока необходим для измерения направления электричества. Оборудование основано на кольцевидном ферритовом сердечнике с одной обмоткой. Через кольцо пропускают провод, а элемент с витками получает нагрузку на резистор.

Производители выпускают разные модели трансформаторов, обладающие некоторыми отличиями в коэффициентах производительности. Чтобы узнать направление электричества, обмотку нагружают двумя встречными стабилитронами.

Сфера применения

Курс школьной физики дал ученикам некоторые понятия о работе и применении трансформаторов. Например, что потеря мощности всегда прямо пропорциональна квадрату силы электрического тока, поэтому нужно повышать напряжение для передачи электричества на значительное расстояние. Перед переходом тока к потребителям показатель, наоборот, необходимо понижать. Именно для этого и используют различные виды трансформаторов.

Сфера применения трансформатора

А также оборудование используется в схемах питания бытовой техники. Агрегаты с несколькими группами обмоток установлены в телевизорах, мониторах компьютеров. Они питают схемы, выполняют функции транзистора и кинескопа. Устройство трансформаторов также изучают ещё на школьных уроках.

Без трансформаторов электрические сети и некоторые виды оборудования не смогут нормально функционировать, поэтому необходимо хотя бы поверхностно знать устройство агрегатов, принципы их работы, особенности конструкции и отличия в разных моделях. Это позволит самостоятельно устранять неполадки в некоторой домашней технике, промышленном оборудовании и мобильных гаджетах.

Конструкции обмоток трансформатора

чередующиеся обмотки трансформатора

Ряд витков, намотанных на цилиндрической поверхности,называют слоем обмотки. В одном слое может быть от одного до нескольких десятков витков, а в витке до шести-восьми и более параллельных проводов.Обмотку, состоящую из расположенного на цилиндрической поверхности слоя витков без интервалов, т. е. вплотную друг к другу, называют цилиндрической (рис.3), а состоящую из двух (или более концентрически расположенных слоев — двухслойной (многослойной) цилиндрической (рис.4).

простая цилиндрическая обмотка трансформатора
рис.3 1-виток;2,4-выравнивающие кольца, 3-изолирующие прокладки.
рис.4 /. 4 — виитки, 2, 5 -дистанционные рейки; 3-выравнивавшее кольцо; 6-бумажно-бакелитовый цилиндр; 7-междуслойная изоляция; 8-канал. 9 — рейка. 10-изоляционное кольцо; 11- бакелитовый цилиндр; X1, Х2,Х3- регулировочные ответвления
разновидности обмоток трансформаторапрямоугольного провода плашмя, но можно и на ребро. Для выравнивания винтовой поверхности к крайним виткам прикрепляют разрезные бумажно-бакелитовые кольца (в виде «клина»), которые придают обмотке форму цилиндра. Кольца предохраняют витки от механических повреждений и создают опорную поверхность обмотки. Между слоями двухслойной обмотки устанавливают изоляцию из бумаги (электрокартона) или размещают равномерно по окружности несколько реек (прокладок), образующих вертикальный охлаждающий канал (рис.4,а).

Направление намотки обмоток трансформатора

обмотки плотно укладывают друг к другу с переходами из слоя в слой. Намотку первого слоя производят на бумажно-бакелитовом цилиндре. Между последующими слоями размещают кабельную бумагу. Для улучшения охлаждения между некоторыми слоями обмотки делают осевой канал с помощью дистанцирующих прокладок из электрокартона или бука. Такие многослойные цилиндрические обмотки применяют в качестве обмоток высокого напряжения для масляных трансформаторов мощностью до 400 кВА при напряжении до 35 кВ (рис. 4,б). По направлению намотки, подобно резьбе винта, различают обмотки левые и правые. Это относится к цилиндрическим, катушечным и винтовым обмоткам. В многослойных слоевых обмотках направление всей обмотки считается по направлению ее первого внутреннего слоя (рис.5).

Винтовые обмотки трансформаторов

Винтовые обмотки могут быть одноходовыми (рис.6 а) и двухходовыми (многоходовыми) (рис.6 б). Одноходовая винтовая обмотка состоит из ряда витков, которые следуют один за другим по винтовой линии с каналами между ними. В каждый виток входит один или несколько параллельных проводов, укладываемых в один ряд вплотную друг к другу в радиальном направлении (рис.6,а,в).

Винтовая обмотка обладает значительной торцовой поверхностью, обеспечивающей ее устойчивость к осевым усилиям при КЗ, хорошей механической прочностью и достаточной поверхностью охлаждения. Ее

широко применяют для обмоток низкого напряжения с относительно небольшим числом витков и значительными вторичными токами в трансформаторах мощностью 1000 кВА и более.

Винтовая обмотка с любым числом ходов может быть намотана, также из транспонированного провода. При этом отпадает необходимость в дополнительной транспозиции параллельных проводников, помимо той, которая сделана в самом проводе.

равномерно распределенная обмотка трансформатора

Катушечные обмотки могут быть дисковыми и непрерывными. Дисковая обмотка набирается из отдельно намотанных катушек, которые затем соединяют друг с другом электропайкой или другим способом (рис.9 а). Катушки считаются левыми, если провод от верхнего наружного конца укладывается против часовой стрелки, и правыми если провод укладывается по часовой стрелке. Непрерывная обмотка (рис.9,б) наматывается без разрывов, т. е. переход из одной катушки 1 в другую 6 (рис.9, д) производится без паек. Для этого при намотке перекладывают витки каждой нечетной катушки так, чтобы один переход (из катушки в катушку) был снаружи обмотки, а другой внутри. Катушки непрерывной обмотки наматывают на

переплетенные обмотки трансформаторов-схемы

катушечных обмоток, т. е. обмоток, в которых порядок последовтельного соединения витков отличается от последовательности их расположения в катушках. Одна из схем переплетенной обмотки показана на рис. 10. Каждая катушка наматывается двумя параллельными проводами, а затем производится соединение этих проводов по схеме. Возможны и другие способы переплетения

Как намотать катушку или трансформатор

Намоточные станки. Намотку катушек удобно производить на специально предназначенных для этого намоточных станках, которые зачастую бывают автоматическими (по достижении заданного числа витков они сами выключаются). Но в распоряжении радиомастерской такие станки бывают не всегда.

Простой станочек, который нетрудно изготовить своими силами, представлен на рис. 1.

В состав любого приспособления для намотки катушек прежде всего входит вал, снабженный винтовой резьбой, на котором закрепляется каркас наматываемой катушки.

Этот вал приводится во вращение либо вручную с помощью надетой на нем рукоятки, либо электродвигателем мощностью 25—150 вт. В последнем случае в устройство станочка вводится переменная трансмиссия — или в крайнем случае реостат для регулирования скорости в-ращения вала.

К валу присоединяется механический счетчик числа оборотов, в качестве которого в самодельных станочках можно приспособить счетчик автомобильного спидометра. Наличие счетчика уменьшает возможность ошибки в подсчете числа намотанных витков и позволяет намотчику сконцентрировать все внимание на качестве укладки витков.

Кроме того, в зависимости от типа намотки (рядовая или «универсаль») станочек может быть снабжен тем или иным -приспособлением для смещения подаваемого провода вдоль оси вала.

Впрочем, такими приспособлениями снабжаются далеко не все станочки, так что часто укладку провода на каркас приходится производить вручную. Необходимой частью намоточного станка является также стержень, на который надевается катушка со сматываемым проводом.

Катушки и обмотки из толстой проволоки наматывают вручную, так как здесь необходимо тщательно следить за укладкой каждой четверти витка, и если только каркас не круглый, то из-за значительной жесткости и упругости толстого провода станочная .намотка получается неплотной.

Катушки небольших размеров можно наматывать при помощи .ручной дрели, зажатой в -настольные тиски (рис. 2).

Катушки низкочастотных трансформаторов и дросселей обычно наматываются на прямоугольных каркасах. Внешние размеры каркаса должны быть на 0,5—1 мм меньше соответствующих размеров окна в пластинах сердечника.

В случае неразъемных пластин осевая длина каркаса должна быть уменьшена на 2—3 мм (рис. 3), так как иначе сборка сердечника будет невозможна.

Станок для намотки катушек вручную

Рис. 1. Станок для намотки катушек вручную.

1—вал с винтовой резьбой и гайками; 2—гибкий вал (тросик, пружинка); 3—счетчик оборотов; 4—стержень для катушек со сматываемым проводом.

Намоточное приспособление дрели

Рис. 2. Намоточное приспособление дрели, 1—дрель; 2—тиски; 3—прут; 4—гайки.

Рис. 3. Определение размеров каркаса для неразъемных пластин.

Заготовка и сборка каркасов из электрокартона

Рис. 4. Заготовка и сборка каркасов из электрокартона.

Каркасы изготовляют из электрокартона или тонкого гетинакса, текстолита. Картонные каркасы (рис. 4) склеиваются конторским или столярным клеем, а гетинаксовые и текстолитовые собираются «в замок» (рис. 5).

Для укрепления каркаса на валу •намоточного станка изготовляется деревянная болванка, на которую (насаживается каркас.

Витки, особенно у выходных трансформаторов, надо располагать ровными рядами, как витки на катушке. Для предотвращения западания витков из .верхних слоев в нижние, что может привести к пробою трансформатора, через каждые три-четыре слоя обмотки прокладывается слой тонкой пропарафинированной бумаги (можно из бумажного конденсатора|).

Между обмотками устраивается такая же «прокладка из лакоткани. Чтобы у стенок каркаса не образовалось щелей, через которые проволока могла бы попасть в другие слои, прокладки берут большей ширины, чем ширина каркаса, а по краям их надрезают (рис. 5). Намотки навалом безусловно следует избегать: она допустима лишь в дросселях для сглаживающих фильтров выпрямителей, и то не всегда.

Детали каркаса из гетинакса (текстолита) и порядок сборки

Рис. 5. Детали каркаса из гетинакса (текстолита) и порядок сборки в замок.

  • а—ширина пластины сердечника плюс зазор и удвоенная толщина материала каркаса;
  • б—толщина набора пластин сердечника плюс зазор и удвоенная толщина материала каркаса;
  • в—толщина материала каркаса.

Прокладки между слоями

Рис. 6. Прокладки между слоями. Способ крепления слоями обмоток. крайнего витка обмотки.

Расположение обмоток силового трансформатора

Рис. 7. Расположение обмоток силового трансформатора. С—сетевая обмотка: П—повышающие обмотки;

Рис. 8. Намотка без разборки сердечника 1—картон; 2—проволока.

Рис. 9. Намотка типа „универсаль».

Концы обмоток надо обвязывать суровой ниткой, которую затем навивают на катушку и завязывают узлом. Применяют также закрепление концов обмоток с помощью полосок из лакоткани, прижимаемых соседними витками.

В случае обрыва проволоки в процессе намотки ее надо аккуратно надпаять без лишнего количества олова, но достаточно прочно и надежно в электрическом отношении — и место пайки изолировать небольшими кусочками конденсаторной бумаги, которую прижимают следующими витками.

Катушки силовых трансформаторов наматываются так же, как и катушки низкочастотных трансформаторов, но поскольку силовые трансформаторы работают обычно при высоких напряжениях и обладают большой мощностью, намотку их надо производить особенно тщательно, чтобы она не пробилась при включении.

Для этого применяется повышенная изоляция между слоями: в трансформаторах мощностью до 60—70 вт прокладки устраивают не реже чем через два слоя, а при большей мощности — через каждый слой намотки. Намотка должна производиться равномерными рядами.

Между отдельными обмотками прокладывается два-четыре слоя шелковой лакоткани (в зависимости от ее толщины). Погрешности в числе витков у высоковольтных обмоток не должны превышать 2—3, а у накальных—0,5 витка.

Расположение обмоток силового трансформатора показано на рис. 7.

Для повышения влагостойкости изоляции -каркас с обмотками полезно пропитать битумом или битумным компаундом, окуная каркас в расплавленную массу этих веществ.

Иногда бывает необходимо снять, домотать или перемотать небольшое число витков (особенно накальные обмотки у силовых трансформаторов и вторичные— у выходных). В этих случаях можно обойтись без разборки сердечника.

Достаточно защитить обращенные к обмоткам ребра сердечника кусками картона (рис. 8), отрезать необходимой длины кусок провода и. зажав трансформатор в тисках, протягивать провод через зазоры между катушкой и защищенным картоном сердечником.

Намотка типа «универсаль» (рис. 9) осуществляется с ломощью станочков, снабженных специальным приспособлением для периодического смещения вдоль оси вала подаваемой для намотки проволоки.

Чтобы укладываемая по зигзагообразной линии проволока не сбивалась, ее обычно пропускают во время намотки через ватку, смоченную разведенным на спирте шеллаком.

Тогда при укладывании витки сразу же приклеиваются друг к другу и катушка приобретает достаточную прочность. При наличии должной тренировки намотку типа «универсаль» удается выполнять и вручную, без помощи станка (рис. 11).

Рис. 10. Схема станка для намотки катушек типа универсаль.

  • 1—пружина;
  • 2—толкатель;
  • 3—кулачок;
  • 4—стойка;
  • 5—главный вал;
  • 5—поводок для укладки провода; г1 больше r2 на 2—3 мм.

Намотка катушки типа универсаль вручную

Рис. 11. Намотка катушки типа универсаль вручную.

  • а—нанесение двух отметок-ориентиров;
  • б—закрепления витков;
  • в—схема намотки (к—бумажное кольцо).

В заключение отметим, что катушки с обычной намоткой рядами при отсутствии намоточного станка можно наматывать іна медленно вращающемся токарном станке, для чего с его шпинделем сочленяют счетчик оборотов, а в патрон зажимают вал для крепления каркасов катушек.

Добавочные сопротивления удобно наматывать внавал с помощью зажатой в настольных тисках малой ручной дрели, в патрон которой вставляется болт, пропущенный через каркас сопротивления.

билеты_ЭМ / 23.Устройство и способы охлаждения трансформатора

Трансформаторы — это устройства для преобразования переменного тока и напряжения, преобразовательные устройства не имеющее подвижных частей. Не имеет значительных потерь мощности. Современные трансформаторы имеют высокий КПД — свыше 99 %. Трансформатор состоит из нескольких проволочных обмоток, находящихся на магнитопроводе (сердечнике) из ферромагнитного сплава.

Основные части трансформатора — это магнитопровод и обмотки.

Магнитопровод трансформатора выполняют из листовой электротехнической стали. Перед сборкой листы с двух сторон изолируют лаком. Такая конструкция магнитопровода дает возможность в значительной степени ослабить в нем вихревые токи. Часть магнитопровода, на которой располагают обмотки, называют стержнем.

В стержневых трансформаторах имеются два стержня и соединяющих их два ярма (рис.2, а). Броневые трансформаторы имеют разветвленный магнитопровод с одним стержнем и ярмами, частично прикрывающими («бронирующими») обмотки (рис.2, б).

Рис.2.Однофазные трансформаторы стержневого (а) и броневого (б) типов

Стержневая конструкция имеет наибольшее распространение, особенно в трансформаторах большой и средней мощности. Достоинства этой конструкции — простота изоляции обмоток, лучшие условия охлаждения, простота ремонта.

Однофазные трансформаторы малой мощности чаще имеют броневую конструкцию, что позволяет уменьшить габариты трансформатора. Кроме того, боковые ярма защищают обмотку от механических повреждений; это важно для трансформаторов малой мощности, которые часто не имеют защитного кожуха и располагаются вместе с другим электрооборудованием на общей панели или в общем шкафу.

Трехфазные трансформаторы обычно выполняют на магнитопроводе стержневого типа с тремя стержнями (рис.3).

В трансформаторах большой мощности применяют бронестержневую конструкцию магнитопровода (рис.4), которая хотя и требует несколько повышенного расхода электротехнической стали, но позволяет, уменьшить высоту магнитопровода (НБС < Нс), а следовательно, и высоту трансформатора.

Рис.3. Трехфазный трансформатор стержневого типа: 1 — магнитопровод; 2 – обмотки

Рис.4. Магнитопроводы бронестержневого трансформатора: однофазного (а); трехфазного (б)

Это имеет большое значение при его перевозке в собранном виде.

По способу соединения стержней с ярмами различают магнитопроводы стыковые (рис.5, а) и шихтованные (рис.5, б). В стыковых магнитопроводах стержни и ярма собирают раздельно, а затем соединяют посредством крепежных частей. Такая конструкция магнитопровода облегчает посадку обмоток на стержни, так как для этого достаточно снять только верхнее ярмо. Но при шихтовой сборке магнитопровода, когда листы (полосы) собирают «внахлестку», воздушный зазор в месте стыка стержней и ярем может быть сделан минимальным, что значительно снизит магнитное сопротивление магнитопровода.

Рис.7.Форма сечения стержня

Форма поперечного сечения стержней зависит от мощности трансформатора: в небольших трансформаторах применяют стержни прямоугольного сечения (рис.7, а), в трансформаторах средней и большой мощности — стержни ступенчатого сечения (рис.7, б, в) с числом ступеней, возрастающим с увеличением мощности трансформатора. Ступенчатое сечение стержней обеспечивает лучшее использование площади внутри обмотки, так как периметр ступенчатого стержня приближается к окружности. В трансформаторах большой мощности для улучшения теплоотдачи между пакетами стали магнитопровода устраивают вентиляционные каналы (рис.7, в).

Обмотки трансформаторов выполняют из проводов круглого и прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой.

Обмотки бывают цилиндрические, располагаемые на стержнях, концентрические (рис.8, а) и дисковые, располагаемые на стержнях в чередующемся порядке (рис.8, б).

Магнитопровод трансформатора вместе с кожухом или баком заземляют, что обеспечивает безопасность обслуживания трансформатора в случае, если изоляция обмотки окажется пробитой.

Возможны два варианта взаимного расположения обмоток на стержнях магнитопроводов: раздельное расположение (на одном стержне обмотка ВН, а на другом применяют весьма редко и только в высоковольтных трансформаторах, так как это создает лучшие условия для надежной изоляции обмотки ВН от обмотки НН; однако в этом случае наблюдается увеличение магнитного потока рассеяния; наиболее распространено равномерное концентрическое расположение обмоток на всех стержнях магнитопровода (см. рис.2,а), так как это обеспечивает малую величину магнитного потока рассеяния. При этом обычно ближе к стержню располагают обмотку НН, так как она требует меньшей электрической изоляции от стержня (заземленного), затем укладывают слой изоляции из картона или бумаги и обмотку ВН.

Конструкция магнитопровода. Магнитопровод является конструктивной основой трансформатора. Он служит для проведения основного магнитного потока. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути этого потока и, следовательно, уменьшения намагничивающего тока магнитопровод выполняется из специальной электротехнической стали. Так как магнитный поток в трансформаторе изменяется во времени, то для уменьшения потерь от вихревых токов в магнитопроводе он собирается из отдельных электрически изолированных друг от друга листов стали. Толщина листов выбирается тем меньше, чем выше частота питающего напряжения. При частоте 50 Гц толщина листов стали принимается равной 0,35 — 0,5 мм. Изоляция листов осуществляется чаще всего лаковой пленкой, которая наносится с двух сторон каждого листа.

В магнитопроводе различают стержни и ярма. Стержень — это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, а ярмо — часть, не несущая обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи (рис. 1).

В зависимости от взаимного расположения стержней, ярм и обмоток магнитопроводы делятся на стержневые и броневые. В стержневых магнитопроводах ярма прилегают к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей. В броневых магнитопроводах ярма охватывают не только торцевые, но и боковые поверхности обмоток, как бы закрывая их броней.

Магнитопроводы однофазных трансформаторов показаны на рис. 2 и 3. В броневом магнитопроводе (рис. 2) имеются один стержень и два ярма, охватывающие обмотки.

По каждому ярму замыкается половина магнитного потока стержня, поэтому площадь поперечного сечения каждого ярма в 2 раза меньше площади сечения стержня. В стержневом магнитопроводе (рис. 3) имеются два стержня, на каждом из которых располагается по половине обмоток 1 и 2. Половины каждой из обмоток соединяются между собой последовательно или параллельно. При таком расположении обмоток уменьшаются магнитные потоки рассеяния и улучшаются характеристики трансформатора.

Способы охлаждения

Предельный нагрев частей трансформатора ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева. Чем больше мощность трансформатора, тем интенсивнее должна быть система охлаждения.

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется посредством естественной конвекции воздуха и частичного лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название «сухих». Условно принято обозначать естественное охлаждение при открытом исполнении С, при защитном исполнении — СЗ, при герметичном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха (дутьем) — СД.

Допустимое превышение температуры обмотки сухого трансформатора над температурой окружающей среды зависит от класса нагревостойкости изоляции и согласно ГОСТ 11677—85 должно быть не больше

60 °С для класса А,

75 °С — для класса Е,

80 °С — для класса В,

100 °С — для класса F,

125 °С — для класса Н

Данная система охлаждения малоэффективна, поэтому применяется для трансформаторов мощностью до 1600 кВ А при напряжении до 15 кВ.

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВА. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается маслу, циркулирующему по баку и радиаторам, а затем — окружающему воздуху. При номинальной нагрузке трансформатора в соответствии с Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95°С.

Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжают ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов. В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб помещают вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов осуществляется автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% от номинальной, а температура верхних слоев масла не более 55 °С, а также независимо от нагрузки при отрицательных температурах окружающего воздуха и температуре масла не выше 45 °С (ПТЭ). Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе трансформатора с номинальной нагрузкой 95 °С.

Форсированный обдув радиаторных труб улучшает условия охлаждения масла, а следовательно, обмоток и магнитопровода трансформатора, что позволяет изготовлять такие трансформаторы мощностью до 80 000 кВА.

Схема системы охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла: 1 — бак трансформатора; 2 — радиаторы охладителя; 3 — вентилятор обдува

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ) применяется для трансформаторов мощностью 63000 кВА и выше. Охладители состоят из тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители. Благодаря высокой скорости циркуляции масла, большой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Такая система охлаждения позволяет значительно уменьшить габаритные размеры трансформаторов. Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.

Схема масляного охлаждения с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители: 1 — бак трансформатора; 2 — масляный электронасос; 3 — адсорбционный фильтр; 4 — охладитель; 5 — вентилятор обдува

Масляно-водяное охлаждение трансформаторов с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как охлаждение ДЦ, но в отличие от последнего охладители в этой системе состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло. Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать 70 °С. Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора, давление масла в маслоохладителях в этом случае должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,02 МПа (2 Н/см2). Эта система охлаждения эффективна, но имеет довольно сложное конструктивное исполнение и поэтому применяется для мощных трансформаторов (160 MBА и более).

Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Обмотки трансформаторов имеют обычно схемы соединения: звезда Y, звезда с выведенной нейтралью Yn. и треугольник Δ.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток (E1 и Е2) принято выражать условно группой соединений.

В трехфазном трансформаторе применением разных способов соединений обмоток можно образовать двенадцать различных групп соединений, причем при схемах соединения обмоток звезда-звезда мы можем получить любую четную группу (2, 4, 6, 8, 10, 0), а при схеме звезда — треугольник или треугольник-звезда любую нечетную группу (1, 3, 5, 7, 9, 11).

Группы соединений указываются справа от знаков схем соединения обмоток. Трансформаторы по рис.1 имеют схемы и группы соединения обмоток: Y/Δ-11; Yn / Yn /Δ-0-11; Y/Δ/Δ-11-11.

Соединение в звезду обмотки ВН позволяет выполнить внутреннюю изоляцию из расчета фазной ЭДС, т.е. в √3 раз меньше линейной. Обмотки НН преимущественно соединяются в треугольник, что позволяет уменьшить сечение обмотки, рассчитав ее на фазный ток I/√3. Кроме того, при соединении обмотки трансформатора в треугольник создается замкнутый контур для токов высших гармоник, кратный трем, которые при этом не выходят во внешнюю сеть, вследствие чего улучшается симметрия напряжения на нагрузке.

Сверхмощные генераторы конструктивно выполняются с двумя трехфазными обмотками статора, ЭДС которых сдвинуты на 30°. Для работы в блоке с такими генераторами изготовляются мощные однофазные трансформаторы с двумя обмотками низшего напряжения и двумя обмотками высшего напряжения. В трехфазной группе для компенсации сдвига ЭДС обмоток статора генератора одна обмотка низшего напряжения соединяется по схеме Δ, а другая — по схеме Y.

Соединение обмоток и векторные диаграммы напряжений однофазных трансформаторов для присоединения к шестифазному генератору

Рис.1. Соединение обмоток и векторные диаграммы
напряжений однофазных трансформаторов для
присоединения к шестифазному генератору

На рис.1 показано соединение обмоток группы однофазных трансформаторов ОРЦ-533000/500, предназначенных для энергоблока 1200 МВт. Каждая фаза трансформатора выполнена на двухстержневом магнитопроводе. Соединение обмоток, расположенных на первом стержне, образует схему Δ/Yn-11, а на втором Y/Yn-0 (или 12).

Соединение обмоток в звезду с выведенной нулевой точкой применяется в том случае, когда нейтраль обмотки должна быть заземлена. Эффективное заземление нейтрали обмоток ВН обязательно в трансформаторах 330 кВ и выше и во всех автотрансформаторах. Системы 110, 150 и 220 кВ также работают с эффективно-заземленной нейтралью, однако для уменьшения токов однофазного КЗ нейтрали части трансформаторов могут быть разземлены. Так как изоляция нулевых выводов обычно не рассчитывается на полное напряжение, то в режиме разземления нейтрали необходимо снизить возможные перенапряжения путем присоединения вентильных разрядников к нулевой точке трансформатора (рис.2). Нейтраль заземляется также на вторичных обмотках трансформаторов, питающих четырехпроводные сети 380/220 и 220/127 В. Нейтрали обмоток при напряжении 10-35 кВ не заземляются или заземляются через дугогасящую катушку для компенсации емкостных токов.

Способы заземления нейтралей трансформаторов и автотрансформаторов

Рис.2. Способы заземления нейтралей трансформаторов и автотрансформаторов
а — у трансформаторов 110-220 кВ без РПН,
б — у трансформаторов 330-750 кВ без РПН,
в — у трансформаторов 110 кВ с встроенным РПН,
г — у автотрансформаторов,
д — у трансформаторов 150-220 кВ с РПН,
е — у трансформаторов 330-500 кВ с РПН.

Способы расположения обмоток трансформатора

Общие технические условия

Current transformers. General specifications

Дата введения 2017-03-01

Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «Ц СВЭП» (ООО «Ц СВЭП») и Открытым акционерным обществом «Свердловский завод трансформаторов тока» (ОАО «СЗТТ»)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 016 «Электроэнергетика»

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 10 декабря 2015 г. N 48)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ISO 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 июня 2016 г. N 674-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 7746-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2017 г.

5 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных стандартов*:

IEC 61869-1:2007 «Трансформаторы измерительные. Часть 1. Общие требования» («Instrument transformers — Part 1: General requirements», NEQ);

IEC 61869-2:2012 «Измерительные трансформаторы. Часть 2. Дополнительные требования к трансформаторам тока» («Instrument transformers — Part 2: Additional requirements for current transformers», NEQ)

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.

7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге «Межгосударственные стандарты»

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на электромагнитные трансформаторы тока (далее — трансформаторы) на номинальное напряжение от 0,66 до 750 кВ включительно, предназначенные для передачи сигнала измерительной информации приборам измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления в электрических цепях переменного тока частотой 50 или 60 Гц, разработанные после 1 января 2016 г.

Дополнительные требования к отдельным видам трансформаторов в связи со спецификой их конструкции или назначения (например, для каскадных трансформаторов, трансформаторов, предназначенных для работы с нормированной точностью в переходных режимах, трансформаторов для установки в комплектных распределительных устройствах (КРУ), пофазно экранированных токопроводах, комбинированных) следует устанавливать в стандартах, технических условиях, договорах или контрактах (далее — документации) на трансформаторы конкретных типов.

Стандарт не распространяется на трансформаторы лабораторные, нулевой последовательности, суммирующие, блокирующие, насыщающиеся.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 2.601-2013 Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы

ГОСТ 8.217-2003 Государственная система обеспечения единства измерений. Трансформаторы тока. Методика поверки

ГОСТ 12.2.007.0-75 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.007.3-75 Система стандартов безопасности труда. Электротехнические устройства на напряжение свыше 1000 В. Требования безопасности

ГОСТ 12.3.019-80 Система стандартов безопасности труда. Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности

ГОСТ 15.001-88 Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения

В Российской Федерации действует ГОСТ Р 15.301-2016 «Система разработки и поставки продукции на производство. Продукция производственного назначения. Порядок разработки и поставки продукции на производство».

ГОСТ 15.309-98 Система разработки и постановки продукции на производство. Испытания и приемка выпускаемой продукции. Основные положения

ГОСТ 27.003-90 Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности

ГОСТ 403-73 Аппараты электрические на напряжение до 1000 В. Допустимые температуры нагрева частей аппаратов

ГОСТ 1516.2-97 Электрооборудование и электроустановки переменного тока на напряжение 3 кВ и выше. Общие методы испытаний электрической прочности изоляции

ГОСТ 1516.3-96 Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции

ГОСТ 2933-83 Аппараты электрические низковольтные. Методы испытаний

В Российской Федерации действует ГОСТ 2933-83.

ГОСТ 3484.1-88 Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний

ГОСТ 3484.5-88 Трансформаторы силовые. Испытания баков на герметичность

ГОСТ 6581-75 Материалы электроизоляционные жидкие. Методы электрических испытаний

ГОСТ 8024-90 Аппараты и электротехнические устройства переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Нормы нагрева при продолжительном режиме работы и методы испытаний

ГОСТ 8865-93 Системы электрической изоляции. Оценка нагрево-стойкости и классификация

ГОСТ 9920-89 (МЭК 694-80, МЭК 815-86) Электроустановки переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Длина пути утечки внешней изоляции

ГОСТ 10434-82 Соединения контактные электрические. Классификация. Общие технические требования

ГОСТ 14254-2015 (МЭК 529-89) Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP)

ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 15543.1-89 Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к климатическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 15963-79 Изделия электротехнические для районов с тропическим климатом. Общие технические требования и методы испытаний

ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения

ГОСТ 16962.1-89 (МЭК 68-2-1-74) Изделия электротехнические. Методы испытаний на устойчивость к климатическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 16962.2-90 Изделия электротехнические. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 17516.1-90 Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 18425-73 Тара транспортная наполненная. Метод испытания на удар при свободном падении

ГОСТ 18685-73 Трансформаторы тока и напряжения. Термины и определения

ГОСТ 19880-74 Электротехника. Основные понятия. Термины и определения

В Российской Федерации действует ГОСТ Р 52002-2003.

ГОСТ 20074-83 Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов

В Российской Федерации действует ГОСТ Р 55191-2012.

ГОСТ 21130-75 Изделия электротехнические. Зажимы заземляющие и знаки заземления. Конструкция и размеры

ГОСТ 21242-75 Выводы контактные электротехнических устройств плоские и штыревые. Основные размеры

ГОСТ 23216-78 Изделия электротехнические. Хранение, транспортирование, временная противокоррозионная защита, упаковка. Общие требования и методы испытаний

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector