Вакуумирование перед заливкой маслом производится для удаления воздуха из бака, а также адсорбированных изоляцией в процессе разгерметизации влаги и газа. Вакуумированию подвергаются трансформаторы напряжением 150-750 кВ.
Для откачки из бака трансформатора паров влаги и газа в основном применяют объемные механические вакуум-насосы с масляным уплотнением, работающие по принципу перемещения газов за счет периодического изменения объема рабочей камеры.
Основными техническими параметрами механических насосов являются остаточное давление и быстрота действия. Остаточным давлением насоса называется наименьшее давление, которое достигается насосом при работе без нагрузки, т. е. при закрытом входном патрубке. Так как при работе в таком режиме в процессе достижения остаточного давления на входе насоса кроме остаточных газов имеются и конденсирующиеся пары, различают полное остаточное давление (сумма парциального давления остаточных паров и газов) и давление остаточных газов. Быстротой действия вакуум-насоса при данном впускном давлении называется объем газа, поступающего в рабочий насос в единицу времени при этом давлении. Быстрота действия насоса определяет его производительность.
Принцип работы механических вакуум-насосов пояснен на рисунке 1,а.
а — механический вакуум-насос с масляным уплотнением; б — двухроторный вакуум-насос типа ДВН
Рисунок 1 - Принцип действия вакуум-насосов
Создаваемое вакуум-насосами с масляным уплотнением остаточное давление в значительной мере определяется свойствами залитого в нем рабочего масла, в первую очередь вязкостью, а также давлением насыщенных паров масла. В результате старения рабочего масла и конденсации в нем паров и газов создаваемое вакуум-насосом предельное остаточное давление в насосе может значительно повыситься.
При работе вакуум-насоса часть масла в виде мелких капель выбрасывается в атмосферу вместе с откачиваемым газом, поэтому в процессе работы необходимо следить за уровнем масла и своевременно доливать его, а через определенное время и заменять масло в насосе.
Для предотвращения конденсации в рабочем масле паров откачиваемой влаги механические вакуум-насосы оборудуют газобалластным устройством, при помощи которого в камеру насоса до начала сжатия подают определенное количество атмосферного воздуха (так называемый балластный газ). Смешиваясь с откачиваемым газом, атмосферный воздух уменьшает конденсацию водяных паров в газе. Чем больше концентрация газа, тем больше необходимо подавать балластного газа. Поток балластного газа регулируют с помощью вентиля-дозатора. Следует отметить, что при использовании газобалластного устройства повышается предельное остаточное давление, создаваемое вакуум-насосом.
Последнее время для трансформаторов большой мощности применяют двухроторные вакуумные насосы типов 2ДВН-500, 2ДВН-1500 и другие, отличающиеся значительной быстротой действия при малых значениях входного давления. Принцип работы двухроторного вакуум-насоса поясняется на рисунке 1,б.
Конструкция этого вакуум-насоса не позволяет создать низкие давления в откачиваемом объеме при работе его с выхлопом в атмосферу, поэтому с выхлопом двухроторного вакуум-насоса соединяют форвакуумный насос, создающий необходимое для пуска двухроторного вакуум-насоса разрежение в откачиваемом объеме.
Кроме быстроты действия и предельного остаточного давления к основным техническим параметрам двухроторных вакуум-насосов относятся наибольшее впускное и наибольшее выпускное давления.
Наибольшим впускным давлением называется наибольшее давление на входном сечении вакуум-насоса, при котором вакуум-насос может начать работу.
Наибольшим выпускным давлением называется наибольшее давление в выходном сечении вакуум-насоса, при котором вакуум-насос еще может работать.
У двухроторных вакуум-насосов впускное давление плавно изменяется в зависимости от выпускного, поэтому понятием наибольшего выпускного давления обычно не пользуются.
В качестве форвакуумных насосов применяют механические вакуум-насосы с масляным уплотнением. Предварительную откачку вакуумированного объема обычно производят через проточную полость насоса типа ДВН. Для убыстрения предварительной откачки, а также в случаях, когда в процессе предварительной откачки выделяется много водяных паров, которые могут конденсироваться в рабочей полости насоса типа ДВН, рекомендуется делать обводной вакуум-провод, соединяющий форвакуумный насос с откачиваемым объемом, минуя насос типа ДВН.
Производительность форвакуумного насоса при давлении, равном выпускному давлению двухроторного вакуум-насоса, должна быть не меньше производительности двухроторного вакуум-насоса при впускном давлении.
Производительность вакуум-насоса, Па·м3/с, вычисляют по формуле:
N=PS,
где Р — остаточное давление, Па;
S — быстрота действия насоса, м3/с.
При работе вакуум-насоса необходимо контролировать давление на входе в насос, уровни масла в кожухе шестерни и манжетной камере, подачу охлаждающей воды и характер шума. Не допускается включать в работу вакуум-насос типа ДВН, если давление на входе его превышает значение впускного давления, так как это может привести к быстрому нагреву и заклиниванию роторов. В связи с этим отключать вакуум-насос типа ДВН необходимо перед отключением форвакуумного насоса.
Для измерения остаточного давления в баке трансформатора в основном применяют вакуумметры типов ВТ-3 и ВСБ-1, работающие на использовании зависимости теплопроводности газа от давления. Приборы такого типа состоят из датчика, непосредственно соединяющегося с вакуумной системой, давление в которой должно измеряться, и измерительного блока, с которым электрически связан датчик.
В качестве датчика в вакуумметрах типа ВТ-3 используют манометрические преобразователи типов ПМТ-2 или ПМТ-4. Они представляют собой стеклянный или металлический корпус, в котором на двух вводах смонтирован платиновый или никелевый подогреватель, а на двух других вводах укреплена термопара. Термопара и нагреватель сварены через перемычку. Подогреватель нагревается током, который можно регулировать и измерять в блоке измерения. Спай термопары, нагреваемый подогревателем, является источником термо-ЭДС, значение которой контролируется прибором в блоке измерения.
При низких давлениях, когда отсутствуют взаимные столкновения молекул и связанные с ними потери теплоты, теплопроводность находится в прямой зависимости от давления газа. Если ток, проходящий по подогревателю, поддерживать постоянным, то температура его нагрева, контролируемая по значениям ЭДС, будет зависеть от остаточного давления в баке. Отсчет
термо-ЭДС производят по шкале блока измерения, а затем по градуировочной кривой переводят в единицы давления.
В режиме постоянства рабочего тока измеряют давление до 13,3 Па манометрическими преобразователями типов ПМТ-2 и ПМТ-4 (диапазон II). При давлениях выше 13,3 Па теплопроводность газа уже не пропорциональна давлению, поэтому измерения производят в режиме поддержания постоянной температуры подогревателя (термо-ЭДС). При этом ток, необходимый для поддержания постоянства температуры нагревателя, будет пропорционален давлению. В режиме постоянства температуры измеряют давление от 13,3 до 667 Па при помощи манометрических преобразователей типа ПМТ-2 (диапазон I). Отсчет тока производится по шкале прибора, а затем по градуировочной кривой переводят в единицы давления. Принцип работы вакуумметра типа ВСБ-1 аналогичен. Технические данные приборов типов ВТ-3 и ВСБ-1 следующие:
Тип прибора | ВСБ-1 | ВТ-3 |
Диапазон измерений, Па | 4·103—1 | 6,67·102—0,1 |
Тип манометрического датчика | МТ-6; МТ6-3; МТ-6ф | ПМТ-2; ПМТ-4; МТ-8 |
Габариты, мм | 390х260х240 | 320х185х150 |
Масса, кг | 14 | 4,5 |
Контроль давлений от атмосферного до верхнего предела измерения приборов типов ВТ-3 или ВСБ-1 осуществляют при помощи обычных деформационных трубчатых манометров. При использовании таких приборов следует учитывать, что показания их зависят от атмосферного давления.
Подсоединение оборудования и приборов для вакуумирования трансформаторов показано на рисунке 2.
1 — установка для осушки масла; 2 — маслоподогреватель; 3 — стрелочный вакуумметр; 4 — датчик прибора для измерения вакуума; 5 — маслоуказательное стекло; 6 — обратный клапан; 7 — вакуумный насос; 8 — вакуумметр для контроля уровня масла в баке
Рисунок 2 - Схема вакуумной заливки трансформатора
Применяемый для подсоединения оборудования вакуум-провод должен быть как можно короче, а проходной его диаметр должен быть не менее входного диаметра подсоединяемого вакуум-насоса. В вакуум-проводе между насосами типов ДВН и ВН необходимо предусматривать компенсаторы для уменьшения их вибрации.
Перед началом вакуумирования необходимо тщательно уплотнить все разъемные соединения и проверить герметичность трансформатора.
Для проверки герметичности в баке трансформатора создают остаточное давление не более требуемого для вакуумирования, затем перекрывают вакуум-провод и выдерживают в таком состоянии в течение 1 ч. Для трансформаторов 150—500 кВ герметичность проверяют при остаточном давлении не более 665 Па, а для трансформаторов 750 кВ и 400—750 кВ постоянного тока — не более 200 Па. Трансформаторы считаются герметичными, если созданное в баке давление через 1 ч повысится не более чем на 665 Па.
Трансформаторы на напряжение 150—500 кВ перед заливкой маслом должны быть отвакуумированы в течение не менее 20 ч при остаточном давлении не более 665 Па, трансформаторы 750 и 400—750 кВ постоянного тока — в течение не менее 72 ч при остаточном давлении не более 200 Па либо в течение не менее 48 ч при остаточном давлении не более 133 Па.
Схема вакуумирования должна быть собрана таким образом, чтобы в процессе создания вакуума не повредились от разности давлений отдельные детали и узлы трансформатора. Для этого во время вакуумирования должны быть соединены с баком трансформатора при помощи вакуум-проводов полости баков навесных устройств РПН, полости контакторов и др. Узлы трансформатора, не рассчитанные на вакуум, должны быть надежно отсечены от бака.