глава четвертая.

ОХЛАЖДЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ; КОНСЕРВАТОРЫ; ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ТРАНСФОРМАТОРОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ.

§ 15. Охлаждение трансформаторов.

Теплота, в которую превращается вся энергия потерь в железе и в меди трансформатора, тем или иным способом должна быть отведена от него, для того чтобы нагревы обмоток и сердечника не превосходили пределов, указанных в Нормах ВЭС по испытанию машин, т. е. тех пределов, выше которых изоляция обмоток начинает разрушаться и терять свои изолирующие свойства.

В отношении способа охлаждения трансформаторы разделяются на следующие группы: а) с естественным воздушным охлаждением, Ь) с форсированным воздушным охлаждением, с) с естественным масляным охлаждением и d) с форсированным масляным охлаждением.

Трансформаторы с воздушным охлаждением называются сухими; трансформаторы с масляным охлаждением - масляными.

естественное воздушное охлаждение, при котором теплота отводится от нагретых частей трансформатора естественным потоком окружающего воздуха, является совершенно достаточным для трансформатора небольшой мощности (до 200-300 kVA) и невысокого напряжения. Так как у трансформаторов с дис1овой- обмоткой отдельные катушки-первичные и вторичные - одинаково доступны для воздуха, то условия естественного охлаждения их лучше, нежели у трансформаторов с цилиндрическою обмоткою, ибо внутренние обмотки мало доступны для воздуха.

Трансформаторы большой мощности с естественным охлаждением получаются слишком тяжелыми и дорогими. Если принять, что мощность, а следовательно и потери трансформатора возрастают пропорционально объему материалов, его составляющих, т. е. пропорционально третьей степени размеров, то охлаждающая поверхность возрастает пропорционально лишь второй степени размеров. Поэтому для получения определенной удельной поверхности охлаждения, т. е. поверхности, приходящейся на 1 W потерь, пришлось бы взять больший объем на 1 kW мощности.

Чтобы облегчить трансформатор и удешевить установку, применяют форсированное охлаждение воздухом, причем поступают двояко. Если устанавливается один-два трансформатора, то поток воздуха, создаваемый вентилятором, направляется к каждому трансформатору в отдельности; попадая в окружающий трансформатор кожух у основания, он проходит мимо катушек, а также по каналам в сердечнике и выходит через верхние отверстия в кожухе

(рис. 47). Применяя систему заслонок и клапанов, легко Пбток воздуха распределить так, чтобы железо и медь охлаждались равномерно, или так, как это требуется заданиями* Если же имеется несколько трансформаторов, и при том большой мощности, применяют другой способ: трансформаторы устанавливаются в особых камерах над каналом, в который непрерывно накачивается вентилятором свежий воздух. Этот воздух, проходя через отверстия у основания трансформатора, омывает его части и нагретым выходит в отдушины камеры. Количество охлаждающего воздуха зависит от условий охлаждения; в среднем можно считать, что на 1 kW потерь необходимо около 4 в минуту. Скорость движения воздуха в камере не более 2,5 м в секунду. Расход энергии на вентиляцию ничтожен, не более 0,1-0,37о мощности трансформатора; повышение же мощности трансформатора при форсированной тяге составляет приблизительно 60-707о от мощности при естественном охлаждении. Температура подводимого воздуха зависит от климатических условий; при расчетах она принимается равной 25° С. Нагрев воздуха составляет 12-20° С.

Трансформаторы с воздушным охлаждением не строятся на напряжение выше 35-40 kV.

Современные трансформаторы, в особенности большой мощности и высокого напряжения, охлаждаются большей частью (до 607о) при участии масла, которое одновременно служит и прекрасным изолирующим материалом. Само собой разумеется, для последней цели масла должно обладать вполне определенными изолирующими свойствами (см. далее) и в особенности оно должно быть свободно от влаги. Для целей же охлаждения масло должно быть легким, по крайной мере в нагретом состоянии, и должно свободно проникать в те каналы, которые делаются в обмотках и в сердечнике для облегчения циркуляции его и лучшего соприкосновения с более нагретыми частями. Кроме того, масло не должно разлагаться при нагреве и давать смолистые вязкие осадки на обмотках, затрудняющие теплообмен между медью и маслом и являющиеся причиною появления горячих мест в трансформаторе. Охлаждающее масло наливается в железный или чугунный бак (или танк), в который опускается затем трансформатор. Тепло обмоток и железа в первую очередь передается маслу, обладающему значительною теплоемкостью. Что касается охлаждения самого масла, то оно происходит или путем естественного теплообмена между стенками бака и.окружающим воздухом, или же более форсированными способами. При естественном охлаждении масла бак должен иметь достаточную поверхность, чтобы окружающий воздух мог отводить необходимое

Рис. 47.

количество тепла. С целью увеличения йоверхйости охлаждейиЯ баки трансформаторов большой мощности изготовляются из волнистого железа или же снабжаются радиаторами в виде труб (рис. 48) или плоских камер (рис. 49), примыкающих к баку с одного конца у крышки, а с другого - у основация. Нагретое масло поднимается вверх и, как бы разливаясь, направляется вниз, проходя около стенок бака или же через только что упомянутые

радиаторы, отдавая свое тепло воздуху.

Для того чтобы усилить Охлаждение масла в радиаторах, применяют форсированное воздушное охлаж-I дение наружных стенок ра-I диаторов. На рис. 50 изо-I бражен трансформатор 30000 I kVA, 100 kV, у которого радиаторы обдуваются снизу воздухом, нагнетаемым показанным на рисунке вентилятором. 1 Завод G. Е1. С° в Америке применяет форсированное охлаждение радиаторов с помощью мелких струн воздуха, выходящего под большим давлением из отверстий трубок, размещенных вдоль радиаторов и выходящих из общего кольцевого резервуара с нагнетаемым в него воздухом.

На рис. 51 изображен трансформатор 30 ООО kVA, 220 kV, с описываемым способом охлаждения. Струйки I воздуха, направленные под некоторым углом к радиатору, форсированно снимают с его поверхности слой воздуха, чем облегчают приток и тесное соприкосновение со стенками радиатора свежего окружающего воздуха. Таким образом воздух, направляемый с большою скоростью на радиатор, играет в данном случае не столько роль охлаждающего элемента, сколько роль элемента, создающего около радиатора вихревое движение окружающего воздуха. Применение форсированного охлаждения радиаторов дает возможность повысить потери трансформатора, и, следовательно, поднять его мощность.

Форсированное охлаждение масла трансформатора воздухом выполняется часто другим способом. Нагретое масло бака центробежным насосом прогоняется через батарею труб, которые форси-

Рис. 48.

рованно охлаждаются воздухом, нагнетаемым вентилятором. В этом случае бак уже не снабжается радиаторами, а получает простую конструкцию.

На рис. 52 изображен трехфазный трансформатор 40 ООО kVA, 220/100/10,7 kV с внешним воздушным охлаждением масла.

На рис. 53 изображена открытая подстанция; слева видны воздушные охладители с проводящими масло трубами, в центре - трансформаторы с находящимися рядом, масляными насосами и справа - масляные выключатели.

Форсированное охлаждение масла можно осуществлять также при помощи воды, в двух вариантах. По первому варианту в верхнюю часть бака с маслом и трансформатором опускается змеевик из железных или медных труб, через который непрерывно прогоняетси свежая холодная вода (рис. 54). Охлажденное масло направляется вниз к трансформатору и вытесняет нагретое масло к змеевику.

Для того чтобы вода из змеевика не могла попасть в масло, змеевик выполняется без паек и перед установкою испы-тывается на давление около 20 am.

Повышение температуры охлаждающей воды составляет около 10° С. Таким образом, если температура приходящей воды 15° С, то температура отходящей воды должна быть около .25° С. При таких условиях на 1 kW потерь требуется около

Рис. 49,

Рис. 50.

Рис. 51.

Рис. 53.

Рис. 54.

4 Траврфврчаторн-1670

1,3-1,5 л воды. Скорость воды в гмеевкике около 0,5-2 м/сек.

Описанный способ охлаждения масла, в настоящее время почти не применяемый, практически осуществим лишь в местах, где имеется в достаточном количестве совершенно чистая вода, так как закупорка труб змеевика может вывести из действия трансформатор или, по крайней мере, заставить значительно понизить его мощность. В местах же, где имеющаяся в распоряжении вода не совсем чиста, охлаждение масла производится по второму варианту: масло из нижней части бака небольшим насосом прогоняется через змеевик, помещенный в сосуде с проточною водою, а затем обратно в бак, в его верхнюю часть. На рис. 55 изображена примерная установка с охлаждением масла водою вне трансформатора.

В тех случаях, когда трансформатор работает подолгу при неполной нагрузке, применяют комбинированное охлаждение масла:

Рис. 55.

при неполной нагрузке, например при 507о> масло охлаждается естественной циркуляцией воздуха, при полной нагрузке - водою или воздухом. Само собою разумеется, в этом случае обязательны сигнальные устройства, отмечающие перегрев масла при естественном охлаждении. Такие же сигнальные устройства существуют, однако, в настоящее время почти на всех более или менее ответственных установках. На подобных установках имеются, кроме того, баки для хранения чистого масла и фильтры для очистки и осушки масла. Как только замечено потемнение масла (происходящее обычно от перегрева), тотчас же выпускают это масло из бака трансформатора и заменяют его чистым. Если же, вследствие разложения масла, на обмотках и змеевике получился смолистый осадок, то его снимают и затем промывают трансформатор маслом под давлением.

§ 16. Консерваторы.

Как было уже отмечено, влага в чрезвычайной степени понижает диэлектрическук? цроччост& м^сла, Поэтому перед заливкою т^щ-

КонсерВа/пор

сформатора как сам трансформатор, так и масло тщательно высушиваются (см. ниже). Однако сухое масло с течением времени становится влажным . Дело в том, что все трансформаторы при изменении температуры как бы дышат - всасывают воздух при низшей температуре и выделяют его при высшей. В результате в масле конденсируется влага воздуха, которая особенно опасна, когда она сосредоточивается между катушками. Для ослаблеимя конденсации влаги воздуха рекомендуется поддерживать траисф<4 матор в нагретом состоянии (а масло никогда не держать при температуре ниже 10° С) или же совершенно уничтожать непосредственное соприкосновение масла в баке трансформатора с воздухом. Последний способ у современных трансформаторов высокого напряжения осуществляется путем снабжения последних так называемыми консерваторами (см. фиг. 48, 51 и 56).

Консерватор представляет собою небольшой вместимости бак с маслом, расположенный над главным баком и соединенный с ним тонкою трубкою (рис. 56). Благодаря повышенному расположению консерватора, поверхности масла в главном баке уже не имеется, она перемещается в консерватор. Сообщение внутреннего пространства консерватора с воздухом устанавливается через цилиндрический отросток, наполненный хлористым кальцием, отнимающим от воздуха его влагу. Остатки влаги, конденсируясь в масле консерватора, собираются в нижней его части, в колодце, откуда периодически выпускаются наружу через кран колодца. Соединение между обоими баками таково, что циркуляция масла между ними происходит медленно, и, следовательно, с воздухом в консерваторе соприкасается всегда более или менее охлажденное масло.

Объем консерватора должен быть таким, чтобы колебание уровня масла происходило только в нем самом и не выходило из определенных пределов. На рис. 56 указан примерный уровень масла в конденсаторе при работе трансформатора под нагрузкою, когда масло в баке сильно нагрето.

Помимо предохранения масла от влаги, консерваторы имеют и другие назначения. Они предотвращают взрывы смеси воздуха и газа, выделяемого маслом или под влиянием перегрева (при больших перегревах), или под влиянием статических разрядов у трансформаторов высокого напряжения: при наличии консерватора горячие пары масла, образующиеся внутри бака, поднимаются в консерватор, откуда через трубку могут, пройдя большой путь в масле и охладившись, выйти в атмосферу. Далее, консерватор защищает масло от загрязнения, являющегося следствием разложения его под влиянием кислорода воздуха и повышенной температуры. Наконец, консерватор защищает изоляцию от вредного действия на нее воздуха, ибо практикой доказано, что органические вещества, как то: бумага, фибра и др., разрушаются более медленно, когда в нагретом масле нет воздуха.

Консерватор устанавливается часто не на самом баке, а на

Рис. 56.

кронштейнах, вделанных в стенах трансформаторного помещения. На рис. 55 слева виден консерватор, установленный на кронштейнах и соединенный с баком трубкой, имеющей небольшое колено вблизи бака. Назначение этого колена заключается в том, чтобы Воспрепятствовать воде, собравшейся на дне консерватора, попасть в бак трансформатора. При наличии колена вода может попасть в бак лишь только тогда, когда уровень ее будет выше перегиба колена, т. е. при таком количестве воды, которое не может быть не замечено.

Следует заметить, что если консерваторы могут предотвратить взрыв трансформатора при медленном образовании газа внутри бака, то они не в состоянии этого сделать при быстром образовании газа в большом количестве, когда давление в баке настолько повышается, что стенки бака могут разорваться. Такие случаи могут быть при образовании внутри масла достаточно мощной вольтовой дуги, например, от короткого замыкания при пробое изоляции

Рис. 57.

между катушками. Для того чтобы дать выход маслу в момент внезапного повышения давления внутри бака, трансформаторы большой мощности снабжаются в настоящее время не только консерваторами, но и особыми предохранительными клапанами. Такой клапан представляет собою железную трубу диаметром 20-25 см, один конец которой заделан в верхнюю крышку бака, а другой конец плотно закрыт стеклянной диафрагмой толщиною около 3 мм. Опыт показал, что эта диафрагма в состоянии выдержать ударную нагрузку около 7 кг1слС% после чего уже лопается и не мешает выходу из бака масла и газа.

На рис. 57 приведен общий вид устройства с консерватором и предохранительной диафрагмой; на этом рисунке: / - воздушный кран во фланце ввода, 2-воздушный кран в смотровой крышке, 3-выпускная труба,- воздушный кран, 5-консерватор, 6 - уровень масла в консерваторе при 25° С, 7 - трубка, соединяющая консерватор с баком, 8 - бак трансформатора, 9-указатель уровня масла в консерваторе, 10 - стеклянная диафрагма, 11 - водоотделитель, 12-кран для выпуска воды, 13-отверстие для воздуха, 14 - фланец, 15 - кран в соединительной трубе, 16-кран для присоединения фильтр-пресса (маслоочистителя), 52

С той же цеЛыО предотвращения взрыва бака завод Вестингауз в Америке вводит под крышку бака нейтральный газ - азот, получаемый удалением кислорода из воздуха в особом приборе, имеющемся при трансформаторе. Назначение этого газа заключается, во-первых, в том, чтобы помешать окислению масла и образованию взрывчатого газа, и, во-вторых, в том, чтобы создать газовую подушку для масла в момент повышения давления в баке. Опыты показали, однако, что газовая подушка у трансформатора хорошо действует при относительно небыстром нарастании давления и хуже, чем диафрагма при быстром нарастании давления. Завод G. Е1. С° построил несколько трансформаторов, которые одновременно снабжены консерватором, диафрагмой и газовой подушкой.

§ 17. Трансформаторное масло.

Современные масляные трансформаторы заливаются исключительно минеральными маслами, получающимися как продукт переработки нефти. Растительные масла для трансформаторов не применяются, в виду их неустойчивости (разложения) при высоких нагревах.

Масло масляного трансформатора служит не только для улучшения охлаждения, но и для повышения прочности изоляции трансформатора. Обладая само высокою диэлектрическою прочностью, оно повышает диэлектрическую прочность изолирующих материалов трансформатора, проникая во все поры их и вытесняя йз них воздух и частично влагу. Вместе с тем оно предохраняет изоляцию от проникновения в нее влаги из воздуха. На этом основании некоторые заводы для масляных трансформаторов берут иногда изоляцию более низкого качества, чем для сухих трансформаторов. Соответственно двоякой роли трансформаторное масло должно обладать и надлежащими свойствами. Как охлаждающая среда, масло должно быть, во-первых, легким, по крайней мере при температуре эксплоа-тации трансформатора (около 80-90° С), во-вторых, свободно проникающим во все каналы между обмотками и в поры изоляции, обеспечивая при этом лучшую теплоотдачу циркуляцией. Для того чтобы способность к циркуляции или текучесть масла не уменьшалась при продолжительном употреблении, оно не должно легко окисляться и выделять при этом уплотненный осадок, состоящий, главным образом, из смол. Этот осадок может появиться или на обмотках, закупоривая каналы, или на змеевиках с охлаждающей водою, ухудшая теплоотдачу между водою и маслом. Таким образом содержание смолы в масле должно быть наименьшим, не более 0)37о-У масла, не бывшего в употреблении. Следует отметить, что и лучшее рафинированное минеральное масло окисляется с течением времени, и тем в большей степени, чем выше температура и чем теснее масло соприкасается с во;<духом. Поэтому необходима периодическая очистка масла.

Во избежание катастрофических возгораний масла при работе трансформатора под нагрузкою, оно должно обладать температурой воспламеиения , значительно превышающей температуру, до которой допускается нагрев масла при работе (обычно не выше

95° С). Под температурою воспламенения маСла пoдpaзyleвaefcя такая наинизшая температура, при которой пары масла, поднимающиеся с поверхности, способны воспламениться, не давая длительного огня, ибо при этой температуре масло еще не может гореть. Та температура, при которой масло может уже само гореть, называется температурою горения. Температура воспламенения обыкновенного трансформаторного масла 180-200° С; более легкого и светлого 130-150° С. Температура горения выше температуры воспламенения на 20-30° С. Разность этих температур зависит от сорта масла. В таблице 5 приведены характеристики двух сортов трансформаторного масла А а Б

Масло сорта А, хотя и обладает высокими температурами воспламенения и горения, тем не менее хуже сорта Б, так как при продолжительном нагреве способно давать осадки как на дне бака, так и на обмотках и змеевиках с водою. Масло сорта Б - легкое, светлое минеральное масло - обладает низшими температурами воспламенения и горения, но меньше разлагается при длительном нагреве и нуждается в очистке раза в два реже, нежели масло сорта А. Поэтому-то оно чаще и употребляется для трансформаторов с охлаждением масла змеевиками с водой,

ТАБЛИЦА 5.

Характеристики

Температура воспламенения

Температура горения.....

Температура замерзания. . .

Текучесть ...........

Удельный вес при 15,5° С'. . Цвет..............

Сорт А

Сорт Б

188° С 210° С -10° С 100-105 0,868 темиоянтарный

133° С 146° С -16° С 40-42 0.850 светлоянтарный

Как среда изолирующая, масло должно обладать надлежащею диэлектрическою прочностью. Эта прочность определяется величиною пробивного напряжения, действующего между двумя электродами той или иной формы, находящимися в масле. Считается, что чистое сухое трансформаторное масло должно противостоять по крайней мере напряжению в 22 kV, действующему между дисками диаметром 25,4 мм, раздвинутыми на расстояние 2,54 мм. Согласно нормам ВЭС пробивное напряжение масла не должно опускаться ниже:

a) 12 kV - для трансформаторов на напряжение до 40 kV;

b) 17 kV - для трансформаторов на напряжение выше 40 kV. Согласно нормам Союза германских электротехников пробивное

напряжение масла не должно быть ниже напряжения 40 kV, действующего между металлическими шариками диаметром 12,5 мм, раздвинутыми на расстояние 5 мм. Влияние влажности на диэлектрическую прочность сухого масла весьма велико; например, влажность 0,05/о понижает диэлектрическую прочность сухого масла почти на 507о; однако увеличение влажности сверх 0,057 уже мало понижает далее диэлектрическую прочность масла. Всякие механические примеси, даже микроскопические волокна, которые не могут 54

быть удалены обыкновенными фильтрами, значительно понижают диэлектрическую прочность, ибо эти волокна образуют как бы мостики между электродами, через которые и происходит пробивание масла. Действие влажности отчасти и заключается в том, что волокна, сделавшись влажными, оказывают меньшее сопротивление пробивному напряжению. Полное удаление механических примесей, хотя бы помощью коллоидного фильтра, и применение химически чистых сосудов ведет к значительному увеличению диэлектрической прочности масла. Лучшее средство обнаружения влаги в масле - периодическое испытание его на пробивание, для чего пробы масла рекомендуется брать со дна бака, где преимущественно скопляется влага вследствие своего высокого удельного веса. В том случае, когда не имеется под рукою необходимых для испытания на пробивание приборов, можно пользоваться для той же цели следующим способом. В колбочку с пробой масла следует прибавить немного безводной сернокислой соли (безводного медного купороса) и хорошо взболтать. Если в масле имеется влага, то раствор делается заметно синим; если окрашивания не будет, то это укажет на то, что изолирующие свойства масла достаточно высоки. При грубых исследованиях пользуются иногда накаленною железною проволокою, которая, будучи опущена во влажное масло, издает своеобразный треск. Такой же треск получается и при кипячении влажного масла в фарфоровой чашке.

Для устранения влаги из масла, или просушки его, существуют следующие способы: 1) отстой в сосудах, 2) фильтрация через некоторые вещества, пропускающие воду и задерживающие масло, 3) продолжительный нагрев при 105-110° С (способ, ухудшающий масло, вследствие его разложения), 4) нагрев в разреженном пространстве (способ, требующий дорогих устройств, но не имеющий последствий предыдущего способа), 5) процеживание масла под некоторым давлением через обыкновенную фильтровальную бумагу, обладающую своеобразным свойством пропускать масло и задерживать до последнего следа влагу, а также возможные механические примеси (за исключением микроскопических). Особенное внимание в этом способе обращается на подготовку фильтровальной бумаги, которая предварительно- высушивается при температуре не свыше 85° С (в течение по крайней мере 24 часов) в особой электрической печи и пропитывается сухим, легким маслом. Последний способ просушки масла часто встречается на современных установках большой мощности. Не менее часто встречается способ просушки масла путем нагрева при определенном вакууме. Для этой цели на больших установках имеются особые цилиндрические баки, тогда как на небольших установках обходятся баками из-под самих трансформаторов. Масло после продолжительного (около двух месяцев) отстоя и фильтрации наливается в бак так, чтобы оно лишь на несколько сантиметров не доходило до крышки, ибо крышка должна быть достаточно нагрета во избежание конденсации ею влаги. Нагрев в течение 12 часов при температуре 80° С и вакууме 50 см достаточен для хорошей просушки масла. Самый нагрев масла осуществляется при помощи змеевика с циркулирующим по нему раром или помощью реостата с-электрическим

током; и змеевик и реостат помещаются при этом на дне бака. После просушки масло тотчас же выливается в бак с просушенным заранее трансформатором.

За последние годы большие успехи сделаны в отношении обез-влаживания масла помощью сепараторов. Применение сепараторов в значительной степени ускоряет осушку масла и уменьшает стоимость самого процесса осушки. Аппарат, которым при этом пользуются, состоит из приводимого эликтрическим двигателем в движение центробежного сепаратора, насоса, подогревателя и бака для масла. Все эти части монтированы на подвижной тележке.

Одновременно с просушкой масла при первой установке трансформатора необходимо просушить также и самый трансформатор. Существует несколько способов просушки трансформатора. Самым распространенным способом является просушка с помощью короткого замыкания в течение продолжительного времени с таким расчетом, чтобы приходящие по обмоткам токи нагрели их приблизительно до 80° С. Эти токи, в зависимости от температуры окружающего воздуха и конструкции трансформатора, составляют обычно от 7з ДО Vo нормальных их значений при полной нагрузке; для получения их необходимо приложить к одной из обмоток напряжение от 0,4 до 1,57о нормального напряжения для этой обмотки. Температура обмоток определяется при этом или по увеличению сопротивления их (см. далее), или помощью спиртового термометра, вдвинутого между катушками обмотки низшего напряжения (как имеющей более тонкий слой изоляции) по возможности ближе к проводникам. Чтобы просушка обмоток шла более интенсивно, желательно создать около трансформатора хорошую циркуляцию воздуха. Время, необходимое для полной просушки обмоток трансформатора, зависит от условий просушки, мощности и напряжения его, а потому не может быть заранее точно определено. В таблице 6 приведены приблизительные значения длительности просушки трансформаторов разной мощности, при различных напряжениях.

ТАБЛИЦА б.

В том случае, когда на месте установки не имеется источника тока, просушка обмоток трансформатора осуществляется продуванием через трансформатор, помещенный в свой бак без масла, воздуха, нагретого приблизительно до 100-105° С. Нагретый воздух поступает при этом в отверстие у дна бака (служащее для стока масла) и выходит наружу через слегка приоткрытую крышку. Процесс просушки трансформаторов средней мощности дли' ся до трех дней.

§ 18. Особенности устройства трансформаторов высокого

напряжения.

Трансформаторы высокого напряжения можно разбить на две группы: на трансформаторы промышленного типа, т. е. такие, которые уже установлены и непрерывно эксплоатируют-ся на электропередачах при наивысшем пока напряжении 220 kV, и на испытательные трансформаторы, предназначенные для лабораторных исследований и, следовательно, работающие периодически.

В качестве примера промышленного трансформатора высокого напряжения можно привести однофазный трансформатор мощностью 25000 kVA, построенный заводом G. Е1. С° и работающий при линейном напряжении трехфазной линии передачи 220 kV (рис. 58). Трехфазный ток трансформируется тремя такими трансформаторами, соединенными звездою при заземленной нейтрали. Таким образом каждый трансформатор дает напряжение

220kV:l/3=127 kV, но изоляция обмотки- высшего напряжения рассчитана на 220 kV. Трансформатор, построенный заводом G. Е1. С°, принадлежит к типу стержневых трансформаторов с концентрическими обмотками. Обмотка высшего напряжения, расположенная снаружи, состоит из большого числа дисковых катушек, уложенных на стержнях с необходимыми зазорами для охлаждения. Катушки обоих стержней соединены между собою зигзагообразно, как указано на рис. 59, причем начальные катушки, от которых взят вывод, расположены посредине, а концы обмотки заземлены (см. также рис. 58). Таким образом средние катушки должны иметь

Рис. 58.

усиленную изоляцию, тогда как крайние кйтуШки такой усиленной изоляции могут и не иметь, так как их потенциал относительно земли невысокий. Последнее обстоятельство значительно облегчает солидное укрепление крайних катушек у ярма против механического разрушения при коротких замыканиях. Наличие одного лишь вывода высокого напряжения значительно упрощает всю конструкцию трансформатора.

Охлаждение трансформатора производится при посредстве масла, причем масло охлаждается циркуляцией в радиаторах масляного бака, охлаждаемых воздухом, выходящим под сильным давлением из отверстий, расположенных около них трубочек (см. рис. 51, на котором изображен трансформатор мощностью 30000 kVA, работающий при напряжении 220 kV).

В качестве примера испытательных трансформаторов весьма высокого напряжения можно привести испытательные трансформаторы, построенные заводами Вестингауз и Броун-Бовери.

Испытательный трансформатор, построенный заводами Вестингауз в Америке, мощностью 1000 kVA при напряжении 1000 kV, изображен на рис. 60. Этот трансформатор принадлежит к типу стержневых трансформаторов. Первичная обмотка на 5000 V расположена непосредственно на сердечниках, вторичная же обмотка составлена из 34 катушек, имеющих разные длины и разные диаметры. Длинные катушки находятся ближе к сердечнику и, будучи заземлены, имеют потенциал, близкий к потенциалу корпуса, а потому имеют относительно слабую изоляцию. По мере удаления от сердечника длина катушек уменьшается, а диаметр их увеличивается; усиливаетсй одновременно и изоляция катушек, так как потенциал их относительно земли возрастает. Катушки вставлены одна в другую, чередуясь с цилиндрическими манжетами из изоляционного материала (герколит). Катушки обоих стержней соединены зигзагообразно, т. е. катушка одного стержня соединяется с катушкой другого стержня и т. д. Размеры катушек таковы, что поверхности их почти одинаковы. Благодаря такому устройству вторичной обмотки, распределение напряжения изоляции от сердечника к наружной поверхности обмотки получается более или менее равномерным. В этом отношении обмотка напоминает по своему устройству конденсаторный вывод (см. рнс. 45), причем медь каждой катушки играет роль обкладки конденсатора.

Испытательный трансформатор завода Броун-Бовери устроен следующим образом (см. рис. 61). На обычный железный сердечник надвинуты два цилиндра b и с кз изоляционной массы, укрепленные в днище d и прикрытые сверху крышкою е. Кольцевое пространство между этими цилиндрами залито маслом. На внутреннем изоляционном цилиндре расположена обмотка низшего напряжения /; ближе к наружному изоляционному цилиндру находится

Рис. 59.

о

обмотка высшего напряжения. Последняя обмотка составлена, из двух отдельных катушек. Наружные концы этих катушек соединены

с железом, т. е. имеют потенциал

Рис. 61.

корпуса, а концы у середины обмотки соединены с выводом А. Таким образом от середины обмотки высшего напряжения потенциал постепенно убывает к крышке и днищу цилиндров с маслом.

На рис. 62 изображен испытательный трансформатор на 750 kV мощностью 500 kVA, построенный. заводом Броун-Бовери. Один полюс его может быть заземлен, но может быть и изолирован. Напряжение регулируется вспомогательным трансформатором.

Здесь уместно отметить, что весьма высокие напряжения для исследовательских работ, порядка 1000 kV и выше, получаются часто путей каскадного включения трансформаторов высокого напряжения по методу Дессйу-эра. Этот метод заключается в том, что напряжение от некоторой части вторичной обмотки одного трансформатора выполняемой из провода большего сечения, подводится к первичной обмотке следующего трансформатора и т. д. Главные же части вторичных обмоток всех трансформаторов соединяются последовательно, причем у каждого трансформатора наружу выводится только один конец обмотки высшего напряжения, а другой ее конец соединяется с корпусом трансформатора.

На рис. 63 изображена схема включения двух групп трансформаторов для получения напряжения 2100kV. Каждая группа состоит из трех ка-скадно-соединенных трансформаторов: два из этих трансформаторов имеют ту особенность, что первичная обмотка их состоит из двух параллельно соединенных катушек Л, и Л„ наложенных равномерно на сердечник броневого типа (рис. 64); точно так же и вторичная обмотка состоит из двух частей В и С, из которых часть С покрывает только обмотку Л, и, следовательно, с нею тесно связана электромагнитно, а часть В покрывает

Рис. 62.

преимущественно обмотку Л, и более тесно связана именно с нею. Благодаря такому расположению, первичная обмотка в обмотке В индуктирует небольшую электродвижущую силу, примерно 50 kV; обмотка же Ai индуктирует в обмотке В электродвижущую силу 300 kV (общее напряжение трансформатора 350 kV). С

2.100 кУ

Рис. 63.

другой стороны обмотка А^, будучи тесно связана с обмоткою С, передает ей мощность, необходимую для второго трансформатора.

На рис. 63 корпусы первых трансформаторов, соединенных с первичною цепью с напряжением 2,3 kV, заземлены; так как одни концы обмоток высшего напряжения В тех же трансформаторов соединены с корпусом, то и их потенциал равен потенциалу земли. Вторые концы обмоток высшего напряжения первых трансформаторов через обмотки Л, соединены с корпусами вторых трансформаторов. Следовательно, потенциал корпусов вторых трансформаторов относительно земли будет равен 350 kV. Корпусы третьих трансформаторов также соединены с одними концами обмоток высшего напряжения вторых трансформаторов. Следовательно, их потенциал относительно земли будет равен уже 2-350 = 700 kV. Такие высокие потенциалы корпусов вторых и третьих трансформаторов требуют опор с соответствующею степенью изоляции.

Крайние трансформаторы имеют одну лишь обмотку высшего напряжения, один коней которой соединен с корпусом трансформатора, а другой -выведен наружу в виде вертикального металлического штока, соединенного с защитной катушкой самоиндукции. Эта катушка, шунтированная радиально-соединенными корбо-рундовыми сопротивлениями, служит для защиты трансформатора от перенапряжения и подавления колебаний высокой частоты. Внеш-

Рис. 64.

НИИ виток катушки переходит в полое алюминиевое кольцо с наружным диаметром около 2 м, служащее для катушки защитою от короны.

§ 19. Вопросы для самопроверки.

1. Каковы способы охлаждения трансформаторов?

2. Каковы преимущества масляных трансформаторов перед воздушными?

3. Как охлаждается масло трансформаторов?

4. Для чего применяются консерваторы у трансформаторов?

5. Каковы главнейшие свойства трансформаторного масла?

ГЛАВА ПЯТАЯ.

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ВХОЛОСТУЮ.

§ 20. Электродвижущие силы обмоток однофазного

трансформатора.

Рассматривая принцип действия однофазного трансформатора, мы видели, что пульсирующий магнитный поток индуктирует в

первичных и вторичных обмотках электродвижущие силы, мгновенные значения которых определяются выражением

е = - w

10 вольт.

Рис. 65.

В этом выражении да - число витков той или иной обмотки, а --изменение пронизывающего обмотки магнитного потока за время dt. При все витки w полностью пронизываются

этом предполагается, что магнитным потоком.

Предположим, что напряжение V приложенное к первичной обмотке трансформатора (рис. 65), меняется во времени по закону синуса, т. е. его кривая изменения во времени есть синусоида; на рис. 66Ь синусоида /.

Так как электродвижущая сила первичной обмотки почти уравновешивает приложенное напряжение в любой момент времени, то мы должны сказать, что и первичная электродвижущая сила меняется во времени по закону синуса, т. е. ее кривая изменения во времени есть также синусоида; на рис. 66а синусоида 2. Если за начало времени мы будем считать момент перехода электродвижущей силы через нуль, то мгновенное значение ее в какой-то момент времени t будет определяться выражением (см. рис. 66Ь)

fi последнем выражении и ]/2£, - соответст§енно ДейстнуЮ-щее и наибольшее (амплитудное) значения первичной электродвижущей силы, а ш - угловая частота изменения приложенного к первичной обмотке напряжения V.

Угловая частота

а> = 2./:

где / - частота приложенного напряжения в герцах.

Но если первичная электродвижущая сила должна меняться по закону синуса, то и индуктирующий ее магнитный поток должен меняться также по закону синуса. Мгновенное значение этого потока, в момент времени t можно определить из выражения

подставляя в него вместоФ^ равную еМу величину - ражения для электродвижущей силы. Следовательно

---1 smmtdt,

Рис. 66.

из вы-

V2E .

ш, да,

(ц t -

Из полученного выражения следует, что

магнитны* поток трансформатора меняется во времени по закону синуса, с той же частотою, что

1С

и электродвижущая сила, но опережает ее на , или на 90°, т. е. на одну четверть периода.

На рис. 66Ь синусоида 3 изображает изменение магнитного потока во времени. Эта кривая смещена в сторону опережения относительно кривой электродвижущей силы на Vi периода и в сторону отставания на периода относительно напряжения. В векторном изображении синусоидально-меняющихся величин это обстоятельство учитывается тем, что вектор потока смещается в сторону опережения на 90° относительно электродвижущей силы и в сторону отставания на 90° относительно напряжения (см..рис. 66а).