Собранные из отдельных пластин стержни и ярма магнитопровода необходимо стянуть до расчетной толщины, им должна быть придана правильная форма и достаточная жесткость. Это необходимо для уменьшения шума возбужденного трансформатора, удобства насадки обмоток на стержни, выдерживания механических усилий без остаточных деформаций при подъеме, коротком замыкании и транспортировании трансформатора.
В отечественном трансформаторостроении применяется бесшпилечная прессовка. Стержни прессуются бандажами из стеклоленты, наматываемой на стержни магнитопровода с шагом 240 мм, поверх подбандажных прокладок из электрокартона толщиной 1,5—2,0 мм. Для намотки стеклобандажа применяется лента типа ЛСБТ-Б.
Для улучшения запрессовки стержня и облегчения зашихтовки верхнего ярма после насадки обмоток вдоль стержня с обеих сторон могут устанавливаться прессующие пластины толщиной 4 мм с изолировкой их от стержня полосой из электрокартона толщиной 2 мм, при этом изоляционная прокладка и прессующая пластина не должны выступать за описанную окружность стержня. Пластину изготавливают из двух частей с зазором -30 мм посередине высоты окна магнитопровода.
Прессовку боковых ярем бронестержневых магнитопроводов производят аналогично прессовке стержней.
Прессовка верхнего и нижнего ярем производится стальными полубандажами, изолированными от пластин активной стати и ярмовых балок. Удельное давление запрессовки ярма должно обеспечить несдвигаемость активной стали относительно ярмовых балок при подъеме остова. Оно должно быть не менее 1.5 кгс/см2. При размещении стальных полубандажей необходимо обеспечить минимально допустимое расстояние от них до ближайших точек ярмовой балки не менее 15 мм.
Устройство соединения верхней и нижней ярмовых балок и расчет механической прочности
Соединение верхней и нижней ярмовых балок производят с помощью вертикальных прессующих пластин, устанавливаемых с обеих сторон стержня и бокового ярма, или с помощью вертикальных стальных шпилек, расположенных по обеим сторонам от стержня. Конструкция со связью с помощью прессующих пластин более технологична, чем со связью с помощью вертикальных стальных шпилек. Поэтому ее рекомендуется применять во всех случаях, кроме трансформаторов с малым диаметром стержня, где вопрос потерь холостого хода стоит наиболее остро и необходимо исключить потери в прессующих пластинах. Как правило, вертикальные стальные шпильки применяют в трансформаторах класса напряжения до 110 кВ включительно. Для трансформаторов более высокого класса напряжения применяют вертикальные прессующие пластины.
Вертикальные прессующие пластины и шпильки должны быть рассчитаны на два режима механической нагрузки: подъем активной части с запрессованными обмотками и режим короткого замыкания.
Как правило, определяющим является режим подъема активной части с запрессованными обмотками.
Обычно ярмовые балки имеют форму швеллера с вертикальными ребрами жесткости в виде пластин. Механический расчет ярмовых балок производят для следующих режимов нагрузки:
1) прессовка ярма стальными полубандажами;
2) подъем активной части с запрессованными обмотками;
3) режим короткого замыкания.
Для каждого из режимов составляется расчетная схема, находятся опасные точки и определяются напряжения в этих точках, которые не должны превосходить 1800 кг/см2 для стали Ст. 3.
Как правило, режимом, определяющим прочность ярмовых балок, также является режим подъема активной части с запрессованными обмотками. В этом режиме на ярмовые балки одновременно действуют вес активной части и усилия запрессовки обмоток и ярем.
Заземление остова
В работающем трансформаторе вокруг обмоток существует электрическое поле, которое индуктирует в различных металлических частях остова некоторые потенциалы. При этом между отдельными металлическими частями остова, между остовом и баком возникает разность потенциалов. И хотя, как правило, она не велика, но может превзойти электрическую прочность небольших изоляционных промежутков, разделяющих металлические части, и вызвать электрические разряды. Эти разряды нельзя допускать, т. к. они приводили бы к разложению масла и были бы помехой при испытании изоляции трансформаторов с измерением уровня частичных разрядов. Поэтому все металлические части остова заземляют путем соединения их с заземленным баком. Для каждого трансформатора разрабатывается схема заземления, на которой указывается, какие элементы остова и активной части подлежат заземлению и в какой последовательности.
При разработке схемы заземления руководствуются следующим:
1. Все заземляющие цепи должны быть разомкнуты и не должны образовывать замкнутые контуры, пересекаемые потоком рассеяния.
2. Входящие в заземляющую цепь изолированные детали конструкции должны быть соединены между собой заземляющими шинками в одном месте. Дублирование заземления в разных местах деталей не допускается.
3. Заземляющие шинки следует по возможности устанавливать в местах, доступных для осмотра и проверки надежности крепления в процессе сборки, монтажа и ремонта трансформатора.
4. Расположение и крепление заземляющих шинок должно исключать их повреждение потоками масла и вибрацией трансформатора.
Пример блок-схемы рабочего заземления трансформатора приведен на рис. 6.
Рабочему заземлению подлежат: бак трансформатора, ярмовые балки, магнитопровод (в многорамных магнитопроводах каждая рама заземляется отдельно), кольца прессующие, шунты магнитные, экраны электростатические, рамы для установки устройства РПН. Допускается рабочему заземлению не подвергать: полубандажи стальные, клинья, полосы опорные (если они надежно изолированы от бака, ярмовых балок и магнитопровода), вертикальные подъемные пластины и шпильки (если они изолированы от других деталей), патрубки для направленной циркуляции масла.
Как правило, шинки заземления внутри бака выполняются из гибкой медной ленты сечением 0,3 • 30 мм в два слоя, а крепление их производится болтами М10.
Рис. 6. Блок-схема рабочего заземления трансформатора.
Чтобы исключить короткозамкнутые контуры, сцепленные с магнитным потоком или его частью, изоляция между элементами металлоконструкций остова и магнитной системой предварительно испытывается мегаомметром номинальным напряжением 1000 В.
При этом испытываются следующие промежутки:
• между ярмовыми балками и магнитопроводом;
• между прессующими шпильками и магнитопроводом;
• между рамами магнитопровода;
• между стальными полубандажами прессовки ярма и магнитопроводом;
• между стальными полубандажами прессовки ярма и ярмовыми балками.
Основные рекомендации по снижению добавочных потерь в конструктивных элементах остова
Кроме электрического поля, в работающем под нагрузкой трансформаторе вокруг обмоток существует поле рассеяния магнитного потока, которое вызывает дополнительные потери и нагрев конструктивных элементов остова. Особенно эти потери велики в трансформаторах большой мощности.
Для снижения добавочных потерь и исключения перегревов в конструктивных элементах остова применяются следующие мероприятия.
1. Крайний пакет магнитопровода делают разрезным с шириной пластин не более
95 мм и зазором между ними не менее 5 мм. Ширину пластины электротехнической стали крайнего пакета выбирают из нормализованного ряда.
2. При связи верхней и нижней ярмовой балки с помощью прессующих пластин эти пластины изготавливают из маломагнитной стали марки 45Г17ЮЗ ТУ 14-229-278-88. При этом ширина пластины должна быть не более 100 мм. При применении более широких пластин делают продольные разрезы длиной не менее 300 мм в каждую сторону от торца обмотки.
3. Конфигурацию нижней полки верхней ярмовой балки выбирают таким образом, чтобы ее площадь над обмотками, особенно над главным каналом рассеяния, была минимальной.
4. Верхнюю полку нижней ярмовой балки в трансформаторах небольшой мощности делают разрезной вдоль поперечной оси, а в трансформаторах большой мощности опускают на максимально возможное расстояние, удаляя ее от обмоток. Опору для обмоток при этом выполняют в виде уголков или пластин шириной не более 75 мм, приваренных к вертикальным ребрам жесткости, и листов из древесно-слоистого пластика. Ширина верхней полки нижней ярмовой балки при этом должна быть минимально допустимой из соображений механической прочности.
5. Полубандажи нижнего ярма, по возможности, изготавливают из стеклоленты.
6. В трансформаторах большой мощности пластины полубандажей, нижнюю полку и стенку верхней ярмовой балки, верхнюю полку и стенку нижней ярмовой балки изготавливают из маломагнитной стали.
7. При необходимости в трансформаторах мощностью более 250 MB-А на нижнюю ярмовую балку устанавливают магнитные шунты шириной не более 75 мм, набранные из листов электротехнической стали толщиной 0,30 или 0,35 мм. Указанные шунты устанавливают раднально с минимально возможным расстоянием между ними. Толщину шунтов выбирают из расчета поля рассеяния.
8. Опорные «лапы» активной части изолируют от нижних ярмовых балок, а также полностью изолируют активную часть от бака, с последующим заземлением ее в одной точке.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. — М.: Госэнергоиздат, 1959.
2. Герасимова Л. С, Дейнега И. Л. Технология и оборудование производства трансформаторов. — М.: Энергия, 1972.
3. Karsai К., Kerenyi D., Kiss L. Large power transformers. — Amsterdam. — Oxford — New York — Tokyo: Elsevier, 1987.