Методы сушки и прогрева трансформаторов

Методы сушки и прогрева трансформаторов

Дата публикации: 19 февраля 2020 .
Категория: Справочник электромеханика.

Сушка изоляции трансформаторов может быть выполнена одним из следующих способов:
— в стационарном сушильном шкафу под вакуумом 700 – 750 мм ртутного столба;
— в своем баке потерями в стали бака с вакуумом или без вакуума;
— в своем баке током нулевой последовательности;
— инфракрасным излучением вне бака.

Сушка трансформатора в стационарном сушильном шкафу

Сушка в стационарном сушильном шкафу под глубоким вакуумом весьма эффективна и дает наиболее качественные результаты. Но в условиях монтажа и эксплуатации этот метод, как правило, не применяется, так как при этом необходим дорогой стационарный вакуум – шкаф, затраты на сооружение которого могут быть оправданы только при частом его использовании.

Сушка активной части трансформатора в камере без вакуума

При этом способе сушки активную часть трансформатора помещают в хорошо утепленную камеру (рисунок 1), которая выполняется из деревянных рам и щитов, обшитых фанерными листами с воздушной прослойкой. Изнутри камера обшивается листовым асбестом и поверх него – листами кровельной стали. Стыки между щитами утепляются асбестом. Можно применить и другую конструкцию камеры. Расстояние между стенками камеры и активной частью трансформатора должно быть не менее 180 – 200 мм. Вверху камеры для удаления паров, выделяющихся при сушке, выполняется вытяжное отверстие. Нагрев активной части чаще всего производится при помощи воздуходувок. Можно применить также электропечи или змеевики с паром.

Рисунок 1. Сушка трансформатора в камере при помощи воздуходувки
1 – вентилятор; 2 – нагреватель; 3 – искроуловитель; 4 – утепленная камера; 5 – регулировочный шибер; 6 – термометры; 7 – термопары в обмотке

Для ускорения сушки желательно применить две воздуходувки, подавая от них горячий воздух в два отверстия, расположенные в нижней части камеры, по ее диагонали. При одной воздуходувке для равномерности сушки воздух от нее следует также подавать в два отверстия по диагонали камеры. На всасывающем патрубке воздуходувки устанавливается матерчатый фильтр, а на напорном – искроуловитель (металлическая сетка). Струя горячего воздуха не должна направляться на обмотку или ярмовую изоляцию.

Количество воздуха Qв, м 3 , подаваемого в камеру для сушки за 1 минуту, должно быть в 1,5 раза больше объема камеры Qкам.

Мощность электропечей воздуходувки, кВт, должна быть равной:

где Gр – удельная теплоемкость воздуха, принимаемая равной 0,273 кал/кг×град; t1 – температура окружающего воздуха, °С; t2 – температура входящего в камеру воздуха, °С.

Пример. Объем камеры 2 × 3 × 2 м = 12 м 3 , t1 = 20 °С, t2 = 100 °С. Определить мощность воздуходувки.

Объем воздуха подаваемого в камеру:

P = 0,07 × 18 × 0,273 × (100 – 20) = 18,7 кВт.

Температура входящего воздуха и температура в камере не должна быть выше 105 °С. Температура выходящего воздуха не должна быть ниже 80 – 90 °С. При более низкой температуре выходящего воздуха следует более тщательно утеплить камеру.

При повышении температуры изоляции активной части трансформатора выше 105 °С следует снизить температуру входящего воздуха, увеличивая открытие шибера воздуходувки, а если он открыт полностью, периодически отключая ее.

Для трансформаторов напряжением 35 кВ и выше после нагрева активной части до установившейся температуры на обмотке (105 °С) целесообразно для ускорения сушки быстро снизить температуру внешних слоев изоляции отключением электропечей воздуходувки и подачей холодного воздуха (применить так называемую термодиффузию). При быстром охлаждении камеры внутренние слои изоляции не успевают сильно остыть и их температура будет выше температуры внешних слоев. Таким образом, понижение температуры по слоям будет совпадать с направлением удаления влаги, что значительно ускорит процесс сушки. Температуру внутренних слоев можно приблизительно считать равной температуре магнитопровода. Температурный перепад между наружными и внутренними слоями изоляции должен быть не менее 15 – 20 °С и продолжаться в течение 15 – 25 часов. Рекомендуется снижать температуру на наружных слоях изоляции до 50 – 40 °С и на магнитопроводе до 70 – 65 °С. После окончания цикла термодиффузии активная часть прогревается до прежней температуры и производится сравнение значений сопротивления изоляции до и после термодиффузии. В зависимости от полученных результатов принимается решение о применении повторного цикла термодиффузии или об окончании сушки.

После сушки производится ревизия активной части (прессовка обмоток, затяжка креплений и прочее), которая затем опускается в бак и заливается маслом.

Каждый электрик должен знать:  Недостатки тиристорных преобразователей

Сушка трансформатора потерями в стали бака

При этом способе на бак трансформатора наматывается намагничивающая обмотка, создающая переменный магнитный поток. От действия магнитного потока в стенках бака появляются вихревые токи, которые нагревают бак и находящуюся в нем активную часть трансформатора.

Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду и ускорения сушки крышка и стенки бака утепляются огнестойкими материалами: листовым асбестом, асбестовым полотном, матами из стекловолокна и тому подобного. Под дно бака устанавливаются электропечи мощностью, выбираемой из расчета 1,5 – 3 кВт/м 2 . Утепляется также пространство между дном бака и полом помещения. Трансформаторы мощностью до 1000 кВ×А могут сушиться и без утепления баков.

В целях снижения пожароопасности из бака удаляются остатки масла.

Все отверстия в крышке и стенке бака, не используемые для вентиляции, в том числе и отверстия вводов, снимаемых на время сушки, закрываются заглушками. Для каждой обмотки должно иметься по одному измерительному вводу. Для этой цели могут быть использованы как рабочие цельнофарфоровые вводы, так и любые имеющиеся на месте вводы, в том числе и на напряжение до 1000 В.

У трансформаторов, имеющих съемные радиаторы, эти радиаторы должны быть сняты. На трубчатые баки намагничивающая обмотка может укладываться как сверху труб, так и под трубами. В последнем случае трубы должны быть тщательно утеплены, так как иначе в холодных трубах будет происходить конденсация влаги, которая, стекая в бак, значительно замедлит сушку.

Рисунок 2. Схема питания намагничивающей обмотки

Если бак не утеплен, то во избежание порчи изоляции проводов намагничивающая обмотка выполняется голым проводом, закрепляемым на асбестоцементных стойках или деревянных рейках. Между деревянными рейками и баком прокладывается тепловая изоляция. Витки голого провода располагаются на таком расстоянии друг от друга, чтобы при удлинении и провисании провода от нагрева исключить замыкание между витками. При наличии утепления бака намагничивающая обмотка, выполняемая изолированным проводом, может накладываться непосредственно на тепловую изоляцию. Витки однофазной обмотки укладываются по всей высоте бака. Для более равномерного нагрева бака витки в нижней и верхней частях бака должны располагаться более часто чем в средней части бака. Витки всех трех фаз при трехфазной обмотке намагничивания располагаются по всей высоте бака в одном направлении на одинаковом расстоянии друг от друга. Для большего эффекта средняя обмотка подключается встречно по отношению к верхней и нижней (рисунок 2). Активная часть с установленными на ней термопарами опускается в бак, который закрывается крышкой. Провода от термопар пропускаются в разъем между баком и крышкой или через отверстие в крышке между двумя уложенными друг на друга резиновыми прокладками. Каждая из обмоток присоединяется к своему измерительному выводу.

Если сушка производится без вакуума с естественной вентиляцией, то на крышке трансформатора над одним из отверстий устанавливается вытяжная труба длиной 1 – 2 м, диаметром 25 – 75 мм.

Для предотвращения конденсации влаги в трубе и стекания ее в бак трубу необходимо утеплить. Под трубой внутри бака необходимо установит сосуд для сбора влаги на случай, если конденсация влаги все же будет происходить.

В нижней части бака по диагонали от места расположения трубы следует открыть отверстие маслосливного крана или пробку в дне бака.

При сушке с вентиляцией бака подогретым воздухом к фланцу маслосливного крана прикрепляется болтами отрезок стальной трубы с намотанной на нем индукционной обмоткой или спиралью из нихрома. Подогрев воздуха может быть осуществлен и без наложения на трубу индукционной обмотки и спирали, если эту трубу расположить под витками намагничивающей обмотки.

При сушке с принудительной вентиляцией к маслосливному крану присоединяется напорный патрубок от вентилятора или воздуходувки, часовая производительность которых должна быть не менее одного объема бака трансформатора.

Если сушка трансформатора производится под вакуумом, крышка бака устанавливается на уплотняющей прокладке и плотно притягивается к баку болтами. К одному из отверстий на крышке бака через обратный клапан или вентиль подсоединяется конденсатная колонка или вакуум-насос. Обратный клапан или вентиль необходимы для предотвращения засасывания в бак воды или масла из насоса, а также для снятия кривой подсоса воздуха. На крышке бака или вакуум-провода между крышкой и вентилем подсоединяется вакуумметр.

Целесообразно иметь вакуум-насосы большой производительности (часовая производительность насоса должна иметь не менее 50% объема бака трансформатора). В таблице 1 приведены марки и основные данные вакуумных насосов, применяемых при сушке трансформаторов.

Насос Производительность при атмосферном давлении, м 3 /ч Предельный вакуум, мм рт. ст. 1 , не ниже Количество масла ВМ-4,см 3 Размеры, мм Мощность двигателя, кВт
ВН-1, золотниковый
ВН-2, золотниковый
ВН-4, золотниковый
ВН-6, золотниковый
ВН-494, пластинчатороторный
ВН-461, пластинчатороторный
РВН-20, пластинчатороторный
РМК-1, водокольцевой
РМК-2, водокольцевой
РМК-3, водокольцевой
РМК-4, водокольцевой
66
25
212
557
0,75
3
12
90
250
690
1620
3000
3000
1000
1000
1000
1000
1000
680
700
736
736
3800
2000
17000
55000
1500
2400
2400
2400
2400
2400
2400
910 × 625 × 605
690 × 560 × 490
1635 × 875 × 1420
1905 × 960 × 1975
420 × 325 × 235
670 × 415 × 292
525 × 445 × 330
525 × 445 × 330
525 × 445 × 330
525 × 445 × 330
525 × 445 × 330
2,8
1,7
7,0
20,0
0,15
0,37
0,37
4,5
10,0
29,0
70,0
Каждый электрик должен знать:  Как найти распределительную коробку в стене видео + инструкция

1 Для насосов типа ВН и ВЗН приведено остаточное давление; для РМК – вакуум

При сушке трансформаторов под вакуумом с подсосом воздуха желательно иметь насосы типа РМК, поскольку в таких режимах они работают надежнее, чем насосы типа ВН или РВН.

Расчет намагничивающей обмотки при сушке трансформатора

Мощность, необходимая для сушки, кВт:

где F = hоб × l – поверхность бака, на которой размещена обмотка; hоб – высота боковой поверхности бака, на которую наматывается обмотка, м; l – периметр бака, м; ΔP – величина удельной мощности, выбираемая при расчете.

Примечание. Расчет намагничивающей обмотки для мощных трансформаторов целесообразно производить по книге А. Н. Шарапова и В. В. Феоктистова «Прогрев мощных трансформаторов выпрямленным током с помощью кремниевых управляемых вентилей», Энергетик, 1971, №11, с. 31.

Чем качественнее утепление, меньше размеры и выше температура окружающей среды, тем меньше значение удельной мощности выбирается при расчете.

Для трансформаторов, начиная с мощности 750 кВ×А и выше, при положительной температуре окружающего воздуха ΔP выбирается равной 1 – 2 кВт/м 2 , а для трансформаторов 500 кВ×А и меньше – равной 0,5 – 1 кВт/м 2 .

После выбора ΔP выбирается коэффициент A:

ΔP 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 2,0
A 2,5 2,2 1,85 1,7 1,6 1,5 1,45

Необходимое число витков однофазной обмотки

где U – подводимое напряжение сети, В.

Ток в обмотке, А

где cos φ – выбирается равным 0,35 – 0,7.

Меньшее значение выбирается для случаев укладки витков намагничивающей обмотки с воздушным зазором, равным 20 – 40 см.

Сечение провода намагничивающей обмотки

где δ – допустимая плотность тока, принимаемая для медных проводов типов ПР, ПРГ равной 3 – 6 А/мм 2 , а для алюминиевых проводов типа АПР – 2 – 5 А/мм 2 .

Определение мощности P, необходимой для сушки, выбор удельной мощности ΔP и коэффициента A для трехфазной обмотки производится так же, как и для однофазной обмотки. Число витков определяется из выражений

где ω1, ω3 – числа витков, укладываемые в верхней и нижней частях бака; ω2 – число витков в средней части бака; Uл – линейное напряжение, В.

Если при включении обмотки окажется, что нагрев трансформатора недостаточен, то число витков необходимо уменьшить. При этом при неизменном напряжении ток в обмотке и, следовательно, магнитный поток увеличатся, увеличится и нагрев трансформатора.

Пример. Рассчитать намагничивающую обмотку для сушки трансформатора типа ТД-10000/35; 10000 кВ×А, 35/6,3 кВ. Бак утепляется асбестовым полотном в два слоя. Периметр бака l = 6,3 м; высота обмотки на боковой поверхности бака hоб = 2,2 м; площадь дна бака 2,6 м 2 ; напряжение сети Uл = 380 В.

Удельную мощность ΔP выбираем равной 1,25 кВт/м 2 , которой соответствует значение A = 1,7 (смотрите выше).

Мощность, требуемая для сушки:

Число витков обмотки

Сечение провода типа ПР

Выбираем ближайшее сечение по стандарту

Мощность электропечей, устанавливаемых под дно бака:

В таблице 2 приведены расчетные и опытные данные по сушке трансформаторов индукционными потерями с утеплением бака.

Трансформатор Uсети, В ω Pнагр, кВ×А I, А
ТМ-50/6
ТМ-100/6

ТМ-15000/35

220
220
65
220
65
65
65
120
65
120
220
65
120
220
120
220
120
220
120
220
120
220
380
120
220
380
220
380
220
380
135
130
47
135
44
42
33
61
30
56
102
30
55
102
49
89
42
77
39
77
39
71
121
37
68
121
65
112
63
108
4,4
4,8
3
4,8
3,4
4
6,25
6,25
8,45
8,3
8,35
10
10
10
13,6
13,6
18,5
18,5
20
18,5
20,4
20,4
20,8
22
22
22
22,8
22,8
25,6
25,6
20
22
46
22
52
61
96
52
130
69
38
156
85
46
114
62
154
85
167
85
170
93
55
183
99
58
104
60
117
68

Режим и контроль сушки трансформатора в своем баке без вакуума с естественной или принудительной вентиляцией ведутся так же, как и при сушке в камере без вакуума.

При сушке под вакуумом величину его выбирают в зависимости от прочности бака. Трансформаторы старых конструкций с ребристыми баками допускают вакуум не более 200 мм ртутного столба; трансформаторы напряжением 154 кВ и ниже не более 350 мм ртутного столба. Повышение вакуума сверх допустимого приведет к сдавливанию бака атмосферным давлением и его деформации. Сушку трансформатора под вакуумом рекомендуется производить с подсосом окружающего или нагретого воздуха, так как при этом продолжительность сушки сокращается в 3 – 4 раза против продолжительности при той же величине вакуума, но без подсоса. Объясняется это тем, что дополнительная вентиляция подсасываемого воздуха снижает относительную влажность внутри бака и тем самым резко ускоряется выделение влаги из обмоток.

Для прогрева активной части трансформатора температура воздуха внутри бака поднимается до 105 °С. Продолжительность прогрева составляет, примерно 6 – 12 часов и 4 – 8 часов для трансформаторов напряжением 35 и 6 – 10 кВ соответственно.

При прогреве активной части необходимо производить периодические продувки бака под вакуумом 200 – 300 мм ртутного столба окружающим или подогретым воздухом. Для этого следует включить вакуум-насос и при достижении вакуума 200 – 300 мм ртутного столба открыть на 2 – 3 часа маслоспускной кран настолько, чтобы вакуум не поднимался выше 200 – 300 мм ртутного столба. Затем насос отключается и прогрев ведется без вакуума в течение 2 – 3 часов, после чего снова производится продувка. По достижении температуры на изоляции 105 °С вакуум-насос включается на постоянную работу и сушка продолжается с подсосом воздуха до момента, когда скорость увеличения сопротивления изоляции замедляется, что указывает на близкое окончание сушки. После этого подсос воздуха прекращается и вакуум поднимается до предельно допустимого.

Если при подсосе воздуха со скоростью не менее 50% объема бака в час вакуум в баке понизится до 200 – 150 мм ртутного столба и поднять его не удается из-за недостаточной производительности вакуум-насоса, то сушку следует производить при пониженном вакууме, так как процесс сушки с достаточным подсосом воздуха при пониженном вакууме происходит быстрее, чем при более высоком вакууме, но практически без подсоса.

По окончании сушки трансформаторов 35 кВ и ниже вакуум снимается до нуля, температура активной части понижается до 40 – 50 °С. После этого активная часть вынимается из бака, подвергается ревизии и затем опускается в бак и заливается чистым маслом.

Сушка трансформатора током нулевой последовательности

При этом способе сушка производится за счет тепла, выделяющегося в стержнях и конструктивных деталях магнитопровода и в баке трансформатора от вихревых токов под действием переменного магнитного поля. Магнитное поле создается рабочими обмотками одного из напряжений трансформатора, соединенными таким образом, чтобы магнитные потоки во всех стержнях магнитопровода совпадали по величине и направлению.

Если в трехфазном трансформаторе для нагрева используется обмотка, соединенная в звезду, то напряжение подключается между соединенными вместе выводами фаз и нулевой точкой; если обмотка соединена в треугольник, напряжение подключается в разрыв треугольника (рисунок 3). Для этой цели треугольник распаивается в одной точке и концы разомкнутого треугольника выводятся на крышку через рабочие или специально устанавливаемые выводы.

Рисунок 3. Схема включения обмоток трехфазных трансформаторов для сушки их токами нулевой последовательности.
а – при соединении в звезду; б – при соединении в треугольник
Рисунок 4. Схемы включения обмоток однофазных трансформаторов при сушке токами нулевой последовательности.
а – обмотки с одинаковым направлением намотки; б – обмотки с разным направлением намотки

Обмотки, не используемые для создания магнитного поля, должны быть разомкнуты. Свободная обмотка, соединенная в треугольник, должна быть распаяна в одной точке. Распаянные концы следует изолировать. На рисунке 4 показаны схемы включения однофазных трансформаторов при сушке их токами нулевой последовательности. Заводские соединения между катушками распаиваются, и указанные схемы выполняются при помощи временных перемычек. При подготовке к сушке должно быть замерено сопротивление изоляции стяжных шпилек. Нарушение изоляции может привести к недопустимому перегреву их при сушке.

В таблице 3 приведены опытные данные по сушке трансформаторов токами нулевой последовательности.

Каждый электрик должен знать:  Как соединить провода в электростатической коптильне
Добавить комментарий