Расчет силового трансформатора

 

Рабочее напряжение оборудования	Пробивное напряжение масла
До 15 (вкл.)	30
Св. 15 до 35 (вкл.)	35
От 60 до 150 (вкл.)	55
От 220 до 500 (вкл.)	60
750	65

 

Непосредственно после  заливки масла в оборудование допустимые значения пробивного напряжения на 5 кВ ниже, чем у масла до заливки. Допускается ухудшение класса чистоты на единицу и увеличение содержания воздуха на 0,5 %. 
В этом же РД указаны значения показателей масла, по которым состояние эксплуатационного масла оценивается как нормальное. При превышении этих значений должны быть приняты меры по восстановлению масла или устранению причины ухудшения показателя. Помимо этого даны значения показателей, при которых масло подлежит замене. В табл. 5.4 приведены требования к эксплуатационным маслам. Сорбенты в термосифонных и адсорбционных фильтрах трансформаторов согласно РД 34.20.501–95 «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации» следует заменять в трансформаторах мощностью свыше 630 кВ·А при кислотном числе масла более 0,1 мг КОН/г, а также при появлении в масле растворенного шлама, водорастворимых кислот и (или) повышении тангенса угла диэлектрических потерь выше эксплуатационной нормы. В трансформаторах мощностью до 630 кВ·А адсорбенты в фильтрах заменяют во время ремонта или при эксплуатации при ухудшении характеристик твердой изоляции. Содержание влаги в сорбенте перед загрузкой в фильтры не должно превышать 0,5 %.

 

Ассортимент трансформаторных масел

Нефтеперерабатывающая промышленность выпускает несколько сортов трансформаторных масел (см. таблицу). Они различаются по используемому сырью и способу получения. 
Масло ТКп (ТУ 38.101890–81) вырабатывают из малосернистых нафтеновых нефтей методом кислотно-щелочной очистки. Содержит присадку ионол. Рекомендуемая область применения — оборудование напряжением до 500 кВ включительно. 
Масло селективной очистки (ГОСТ 10121–76) производят из сернистых парафинистых нефтей методом фенольной очистки с последующей низкотемпературной депарафинизацией; содержит присадку ионол. Рекомендуемая область применения — оборудование напряжением до 220 кВ включительно. 
Масло Т-1500У (ТУ 38.401-58-107-97) вырабатывают из сернистых парафинистых нефтей с использованием процессов селективной очистки и гидрирования. Содержит присадку ионол. Обладает улучшенной стабильностью против окисления, имеет невысокое содержание сернистых соединений, низкое значение тангенса угла диэлектрических потерь. Рекомендовано к применению в электрооборудовании напряжением до 500 кВ и выше. 
Масло ГК (ТУ 38.1011025–85) вырабатывают из сернистых парафинистых нефтей с использованием процесса гидрокрекинга. Содержит присадку ионол. Полностью удовлетворяет требованиям стандарта МЭК 296 к маслам класса IIА. Обладает хорошими диэлектрическими свойствами, высокой стабильностью против окисления и рекомендовано к применению в электрооборудовании высших классов напряжении. 
Масло ВГ (ТУ 38.401978–98) вырабатывают из парафинистых нефтей с применением гидрокаталитических процессов. Содержит присадку ионол. Удовлетворяет требованиям стандарта МЭК 296 к маслам класса IIА. Обладает хорошими диэлектрическими свойствами, высокой стабильностью против окисления и рекомендовано к применению в электрооборудовании высших классов напряжений. 
Масло АГК (ТУ 38.1011271–89) вырабатывают из парафинистых нефтей с применением гидрокаталитических процессов. Содержит присадку ионол. По низкотемпературной вязкости и температуре вспышки является промежуточным между маслами классов IIА и IIIА стандарта МЭК 296. Обладает хорошими диэлектрическими свойствами, высокой стабильностью против окисления. Предназначено для применения в трансформаторах арктического исполнения. 
Масло МВТ (ТУ 38.401927–92) вырабатывают из парафинистых нефтей с применением гидрокаталитических процессов. Содержит присадку ионол. Удовлетворяет требованиям стандарта МЭК 296 к маслам класса IIIА. Обладает уникальными низкотемпературными свойствами, низким тангенсом угла диэлектрических потерь и высокой стабильностью против окисления. Рекомендовано к применению в масляных выключателях и трансформаторах арктического исполнения.

 

 

Характеристики  трансформаторных масел
Показатели	ТКп	Масло селективной  очистки	Т-1500У	ГК	ВГ	АГК	МВТ
Кинематическая вязкость, мм2/с, при температуре:
50 °С	9	9	-	9	9	5	-
40 °С	-	-	11	-	-	-	3,5
20 °С	-	28	-	-	-	-	-
-30 °С	1500	1300	1300	1200	1200	-	-
-40 °С	-	-	-	-	-	800	150
Кислотное число, мг КОН/г, не более	0,02	0,02	0,01	0,01	0,01	0,01	0,02
Температура, °С:
вспышки в закрытом тигле, не ниже	135	150	135	135	135	125	95
застывания, не выше	-45	-45	-45	-45	-45	-60	-65
Содержание:
водорастворимых кислот и щелочей	Отсутствие		-	-	-	-	-
маханических примесей	Отсутствие		-	Отсутствие		-	Отсутствие
фенола	-	Отсутствие	-	-	-	-	-
серы, % (мас. доля)	-	0,6	0,3	-	-	-	-
сульфирующихся веществ, % (об.), не более	-	-	-	-	-	-	10
Стабильность, показатели после окисления, не более:
осадок, % (мас. доля)	0,01	Отсутствие		0,015	0,015	Отсутствие
летучие низкомолекулярные  кислоты мг КОН/г	0,005	0,005	0,05	0,04	0,04	0,04	0,04
кислотное число, мг КОН/г	0,1	0,1	0,2	0,1	0,1	0,1	0,1
Стабильность по методу МЭК, индукционный период, ч, не менее	-	-	-	150	120	150	150
Прозрачность	-	Прозрачно		-	-	-	-
		при 5 °С	При 20 °С
Тангенс угла диэлектрических потерь при 90 °С, %, не более	2,2	1,7	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Цвет, ед. ЦНТ, не более	1	1	1,5	1	1	1	-
Коррозия на медной пластинке	Выдерживает	-	Выдерживает
Показатель преломления, не более	1,505	-	-	-	-	-	-
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более	895	-	885	895	895	895	-

 

Примечание. Условия  окисления при определении стабильности по методу ГОСТ 981-75:

 

 

Масло	Температура, °С	Длительность, ч	Расход  кислорода, мл/мин
ТКп и масло  селективной очистки	120	14	200
Т-1500У	135	30	50
ГК и АГК	155	14	50
ВГ	155	12	50

 

 

 

Трансформаторная  бумага.

 

Получение:

Трансформаторную бумагу получают из целлюлозы:

Целлюлоза ЭКБ 
(ТУ 5411-002-00279143-94) 
Варка осуществляется по температурному режиму, позволяющему получить целлюлозу с высокой степенью делигнификации и нормируемой сорностью. Применяется для изготовления кабельной бумаги и электроизоляционного тонкого картона марок ЭВ, ЭВС-ЭВТ, ЭВПМ для изоляции электроизделий, работающих в воздушной среде, используется для электроизоляционного картона, применяемого в трансформаторах и аппаратах с масляным заполнением, трансформаторной бумаги, многослойной кабельной на напряжение до 35 кВт.

Целлюлоза Э-2 
(ТУ 5411-003-00279143-94) 
Варка производится по мягкому режиму с медленным подъемом температуры в котле, что позволяет получить полуфабрикат с высокими бумагообразующими свойствами. 
Целлюлоза используется для производства конденсаторной бумаги вида КОН толщиной от 5 до 7 и от 9 до 30 микрон, трансформаторной бумаги марок ТВ-120, ТВУ-080, электролитической бумаги с малым содержанием токопроводящих включений КЭ-13, КЭ-15, КЭ-20, предназначенной для изготовления прокладок в высоковольтных оксидно-электрических конденсаторах и для работы в устройствах - накопителях электроэнергии, для конденсаторной бумаги высокой плотности для металлизации КОН Зм-8, КОН Зм-10, для малогабаритных металлобумажных конденсаторов, для импульсных конденсаторов.

 

Также существует кабельная  бумага, которая также применяется  в качестве изоляционного материала  в силовых трансформаторах:

К – 080 Кабельная обыкновенная. Применяют для изоляции жил

К – 120 кабелей напряжением до 35 кВ включительно и для

К – 170 внутренней изоляции вводов на все классы напряжений.

 

КМ – 120 Кабельная четырехслойная с повышенной механической

КМ – 170 прочностью. Область применения та же, что и у бумаги К.

 

КВ – 030 Кабельная высоковольтная. Применяют для изоляции жил

КВ – 045 кабелей напряжением от 35 кВ и выше для внутренней

КВ – 080 изоляции вводов.

КВ – 120, КВ – 170, КВ – 240

 

КВУ – 015 Кабельная высоковольтная уплотненная. Область

КВУ – 020 применения та же, что и у бумаги КВ

КВУ – 030, КВУ – 045, КВУ  – 080, КВУ – 120

 

КВМ – 080 Кабельная высоковольтная многослойная. Применяют для

КВМ – 120 изоляции жил кабелей напряжением от 110 кВ и выше.

КВМ – 170, КВМ – 240

 

КВМУ – 080 То же, но уплотненная. Область применения та же,

КВМУ – 120 что и у бумаги КВУ.

 

КП – 045 Полупроводящая бумага с содержанием сажи. Применяют

КП – 080 для экранирования жил кабелей и сердечников вводов.

КП – 120

 

КПД – 080 То же, но сажа вводится в один слой бумаги. Область

КПД – 120 применения та же, что и бумаги КП.

 

ЭН –30,  (бумага намоточная) Применяют для намоточных                  ЭН – 70 электроизоляционных изделий и для внутренней изоляции

маслонаполненных вводов на напряжения 110 – 150 кВ.

 

ЭКТ (бумага крепированная)  Применяют для изоляции отдельных узлов маслонаполненных трансформаторов.

Картон электроизоляционный для  аппаратов с масляным заполнением

 

А Эластичный гибкий картон. Применяют в аппаратах напряжением до 750 кВ включительно.

Б То же, но применяют в аппаратах напряжением до 220 кВ.

В Картон твердый с малой сжимаемостью, с повышенным

Г сопротивлением расслаиванию (марка Г). Применяют в продольной изоляции трансформаторов и других изделий.

 

Заключение.

История трансформатора

Александр Семенов

Сто лет назад это  неприметное устройство позволило  осуществить на практике распределение  электроэнергии. Хотя современная электротехника и телекоммуникации немыслимы без  этого устройства, оно остается одним  из "невоспетых героев" в истории технического прогресса.

Научно-техническая революция, определявшая развитие цивилизации  в течение двух последних столетий, явилась следствием фундаментальных  открытий и изобретений в области  электротехники и связи. Такие технические  средства, как телефон и телевизор, прочно вошли в нашу повседневную жизнь. А вот изобретение, благодаря которому мы получили доступ к электроэнергии, остается в тени, хотя и играет в нашей жизни очень важную роль. Это устройство неприметно, оно не движется, работает практически бесшумно и, как правило, скрыто от наших глаз в отдельных помещениях или за экранирующими перегородками.

Речь идет о трансформаторе. Изобретенный в XIX веке трансформатор  является одним из ключевых компонентов  современной электроэнергетической  системы и радиоэлектронных устройств. Он преобразует высокие напряжения в низкие (и наоборот) почти без потерь энергии.

Трансформатор - важный элемент  многих электрических приборов и  механизмов. Зарядные устройства и  игрушечные железные дороги, радиоприемники и телевизоры - всюду трудятся трансформаторы, которые понижают или повышают напряжение. Среди них встречаются как совсем крошечные, не более горошины, так и настоящие колоссы массой в 500 тонн и более.

Явление, лежащее в  основе действия электрического трансформатора, было открыто английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 г. при проведении им основополагающих исследований в области электричества. Спустя примерно 45 лет появились первые трансформаторы, содержавшие все основные элементы современных устройств. Это событие стало настоящей революцией в молодой тогда области электротехники, связанной с созданием цепей электрического освещения. На рубеже веков электроэнергетические системы переменного тока стали уже общепринятыми, и трансформатор получил ключевую роль в передаче и распределении электроэнергии. А в дальнейшем он также занял существенное место как в технике электросвязи, так и в радиоэлектронной аппаратуре.

Современные трансформаторы превосходят своих предшественников, созданных к началу XX столетия, по мощности в 500, а по напряжению - в 15 раз; их масса в расчете на единицу мощности снизилась приблизительно в 10 раз, а коэффициент полезного действия близок к 99%.

В своих экспериментах  Фарадей опирался на результаты датского физика Ханса Кристиана Эрстеда, который в 1820 г. установил, что ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Открытие Эрстеда было воспринято с большим интересом, поскольку электричество и магнетизм считались до этого проявлениями совершенно различных и независимых друг от друга сил. И уж если электрический ток мог порождать магнитное поле, то казалось вполне вероятным, что магнитное поле в свою очередь могло порождать электрический ток.

В 1831 г. Фарадей показал, что для порождения магнитным  полем тока в проводнике необходимо, чтобы поле было переменным. Фарадей изменял напряженность магнитного поля, замыкая и прерывая электрическую цепь, порождающую поле. Тот же эффект достигается, если воспользоваться переменным током, т. е. током, направление которого меняется со временем. Это явление взаимодействия между электрическими и магнитными силами получило название электромагнитной индукции.

В трансформаторе обмотка  из витков провода, подключенная к источнику  питания и порождающая магнитное  поле, называется первичной. Другая обмотка, в которой под действием этого поля возникает электродвижущая сила (ЭДС), называется вторичной. Индукция между первичной и вторичной обмоткой взаимна, т. е. ток, протекающий во вторичной обмотке, индуцирует ЭДС в первичной точно так же, как первичная обмотка индуцирует ЭДС во вторичной. Более того, поскольку витки первичной обмотки охватывают собственные силовые линии, в них самих возникает ЭДС. Это явление, называемое самоиндукцией, наблюдается также и во вторичной обмотке.