Совершенствование электротехнической службы Бердюжского РЭС ОАО "Тюменьэнерго" (стр. 7 из 11)
В настоящее время наиболее широко применяются способы сушки трансформаторов потерями в собственном баке, токами нулевой последовательности и токами короткого замыкания.
7.1 Сушка трансформаторов потерями в собственном баке
Этот способ сушки является наиболее распространенным несмотря на явные недостатки. Выемная часть трансформатора сушится в своем баке без масла. Нагрев производится потерями в баке, для чего на бак трансформатора (при необходимости теплоизолированный асбестом) наматывается однофазная или трехфазная намагничивающая обмотка (Рис. 7.1, 7.2).
Если трансформатор сушат в помещении, то теплоизоляцию бака не делают.
Сушка трансформатора потерями в собственном баке удобна тем, что она может быть произведена на месте установки трансформатора без его транспортировки при любом источнике питания низкого напряжения.
К недостаткам этого способа относятся: специальная намагничивающая обмотка и относительно большой расход электроэнергии. Этот способ сушки имеет внешний источник тепла (потери в баке), поэтому тепловой градиент отрицателен и время сушки относительно велико.
Рисунок 7.1 — Однофазная намагничивающая обмотка при сушке трансформатора
Рисунок 7.2 — Трехфазная намагничивающая обмотка при сушке трансформатора
Воздушная подушка между баком и выемной частью оказывает неблагоприятные воздействия при сушке: являясь теплоизоляцией, она увеличивает потери мощности (тепла), идущие в окружающую среду, и значительно замедляет разогрев выемной части. Поэтому общее время сушки трансформатора увеличивается. Расчет однофазной намагничивающей обмотки производится следующим образом. Необходимое число витков намагничивающей обмотки:
(7.1)где U — напряжение источника тока, В;
f - частота тока, Гц;
В - магнитная индукция, Тл;
а — глубина проникновения потока, м;
l1 — периметр бака, м.
Величина А1 определяется из таблицы 7.1 для данного значения удельных потерь
Р, которые находятся следующим образом. Мощность Р, потребная для нагрева трансформатора, может быть найдена из выражения: 
, (7.2)где
P - удельные потери, кВт/м2;F0 - поверхность бака, на которой размещена намагничивающая обмотка, м2;
F0 = hl1, (7.3)
где h - высота стенки бака, на которую наматывается обмотка, м.
Потери мощности в окружающую среду Р1 определяются из выражения:
P1=kt F(tk-t0) кВт, (7.4)
где – коэффициент теплоотдачи, кВт/м2·град. Для утепленного асбестом трансформатора kt = 5,3·10-3, для неутепленного кт = 12·10"3 кВт/м2 град;
F - полная поверхность бака трансформатора, м2;
tK - конечная температура нагрева бака, обычно tK = 383-3880К (110-115°С);
to - температура окружающей среды.
При установившемся процессе сушки:
Р=Р1 и
(7.5)Нормально
Величина тока в намагничивающей обмотке:
(7.6)где cos
= 0,5-0,7 для трансформаторов, имеющих гладкие или трубчатые баки; для трансформаторов с ребристыми баками cos ≈0,3. Чем толще стенки бака, массивнее детали наружного крепежа, тем выше значение cos .Чтобы получить более равномерное распределение температуры внутри бака, намагничивающую обмотку наматывают на 40-60% высоты бака (снизу), причем витки в нижней части бака располагают гуще, плотнее, чем в верхней части.
Сушка трансформаторов потерями в собственном баке при помощи однофазной намагничивающей обмотки приводит к несимметрии токов и искажению фазовых напряжений питающей сети. Для сушки крупных трансформаторов требуется значительная мощность, поэтому при малой мощности источника тока рекомендуют сушить трансформаторы при помощи трехфазной намагничивающей обмотки.
Выполнение этой обмотки имеет свои особенности.
- Для создания равномерного распределения магнитной индукции по высоте стенки бака, среднюю фазу включают встречно относительно крайних (рис. 6.2).
- Наиболее равномерное распределение токов по фазам получают при числе витков в средней обмотке, равном 0,4-0,6 от числа витков в крайней обмотке (фазе).
- При выполнении намагничивающей обмотки нулевая точка фазных напряжений сдвигается так, что на крайних обмотках напряжение увеличивается примерно до 1,3 фазного, а на средней - уменьшается приблизительно до 0,5 фазного.
В этом случае необходимое число витков в крайних обмотках равно:
W1.3 =
(7.7)и в средней обмотке W2 =
(7.8)где UФ - фазное значение напряжения сети.
Величина At определяется из таблицы 6.1.
Ток фазы
(7.9)где m - число фаз.
7.2 Сушка трансформаторов токами нулевой последовательности
Этот. способ сушки отличается от сушки потерями тем, что вместо специальной намагничивающей обмотки используется одна из обмоток трансформатора, соединенная по схеме нулевой последовательности.
Поскольку нет специальной намагничивающей обмотки, уменьшается время подготовки трансформатора к сушке, сокращается общее время сушки трансформатора, экономятся дефицитный проводниковый и теплоизоляционный материалы.
Если обмотка трансформатора, которую решено использовать в качестве намагничивающей, соединена в звезду, то напряжение питания подводится к закороченным выводам фаз и нулевой точке обмотки (рис. 7.2). Если же обмотка трансформатора соединена в треугольник, то напряжение питания подводится в разрыв треугольника. Замкнутые контуры (треугольники) других обмоток должны быть при этом разомкнуты.
Рисунок 7.3 - Сушка трансформатора токами нулевой последовательности.
Трансформаторы, применяемые в сельском хозяйстве, имеют 12-ю группу соединения обмоток. В этом случае очень удобно использовать в качестве намагничивающей обмотку НН трансформатора, которая имеет выведенную нулевую точку.
При сушке трансформатора током нулевой последовательности (ТНП) нагрев происходит за счет потерь: в меди намагничивающей обмотки, в стали магнитопровода и его конструктивных деталей, в баке от действия потоков нулевой последовательности.
Примерно 1/3-1/2 мощности приходится на потери в намагничивающей обмотке и в стали выемной части, а остальная часть - на потери в баке трансформатора. Таким образом, при сушке трансформаторов ТНП имеются внутренние и внешние источники тепла. Тепловой поток за счет хотя и незначительных по величине потерь в намагничивающей обмотке направлен из обмотки в окружающую среду. Такое же направление имеет и поток влаги. То же самое можно сказать относительно потерь в стали выемной части и выхода влаги из ее изоляции. Относительно оставшейся свободной обмотки перечисленные выше источники тепла являются внешними. Однако и здесь следует учитывать специфику расположения обмоток трансформатора. Внутренней на сердечнике трансформатора является обмотка НН, т. е. намагничивающая обмотка.
Применительно к окружающей среде потоки тепла от потерь в стали и намагничивающей обмотке направлены от центра к баку: точно так же направлен и поток влаги из изоляции выемной части трансформатора – налицо положительный градиент тепла. Потери в баке служат внешним источником тепла.
Таким образом, сушка трансформаторов ТНП является как бы сочетанием двух способов сушки: током короткого замыкания и потерями в собственном баке. При этом удачно сочетаются положительные качества того и другого способа сушки, а именно: существующий внутренний источник тепла и возможность сушки трансформатора в условиях эксплуатации непосредственно на месте установки.
Если при сушке трансформатора потерями в баке воздушная подушка между выемной частью и баком играла отрицательную роль, препятствуя разогреву выемной части, то в данном случае роль воздушной подушки положительна. Воздушная - подушка, являясь теплоизоляцией, препятствует увеличению потерь тепла выемной части в окружающую среду и ускоряет разогрев выемной части, а следовательно, сокращает общее время сушки трансформатора.
Такую же положительную роль играют и потери в баке трансформатора. Кожух бака является тепловым барьером между выемной частью трансформатора и окружающей средой и выполняет роль, подобную воздушной подушке. Поэтому если при сушке трансформаторов потерями в собственном баке необходимо наложить на бак теплоизоляцию, то при сушке трансформаторов ТНП теплоизоляции не требуется. Отпадает довольно трудоемкая операция и сокращается время подготовки трансформаторов к сушке, а значит, уменьшается и общее время сушки.
Мощность и напряжение, необходимые при сушке ТНП, определяются следующим образом.