Расчетно-графическая работа №1

1. Трансформатор высоковольтный испытательный
электрический однофазный испытательный трансформатор
Электрический однофазный трансформатор, предназначенный для испытания электрической прочности изоляции электрических машин, силовых и измерительных трансформаторов, выключателей, изоляторов и оборудования электрических установок с напряжением промышленной частоты. Трансформатор высоковольтный испытательный имеет высокопрочную изоляцию (масляную, реже воздушную) вторичной (высоковольтной) обмотки и обеспечивает сохранение в заданных пределах синусоидальной формы вторичного напряжения при изменении первичного синусоидального напряжения. Один трансформатор высоковольтный испытательный обеспечивает напряжение порядка 750 - 1000 кВ; более высокие испытательные напряжения получают при каскадном включении нескольких трансформатор высоковольтный испытательный статическое (не имеющее подвижных частей) устройство, преобразующее переменный ток одного порядка в переменный ток другого порядка (при неизменной частоте).

Рисунок 2 – ТИОГ-250 Трансформатор испытательный однофазный газонаполненный.

Испытательные трансформаторы в зависимости от мощности, потребляемой объектами испытания, могут быть разделены на две группы (табл. 8 и 9): трансформаторы, применяемые для испытания изоляции подстанционного оборудования, т. е. объектов с емкостью до 10 000 пФ и с номинальным напряжением 6, 10, 35 кВ и более; трансформаторы, применяемые для испытания изоляции вращающихся машин, номинальное напряжение которых не превышает 24 кВ, но емкость весьма значительна.

Трансформаторы ИОМ-100/25 выполняются с гладким баком, снабжены расширителем, располагаемым на крышке, и предназначены для работы с глухим заземлением одного конца обмотки ВН. Обмотки ВН трансформаторов выполняются с изоляцией одного (линейного) конца на полное номинальное напряжение; другой (нулевой) конец обмотки выводится на крышку бака через проходной изолятор 3 6 кВ. Трансформаторы допускают работу с возбуждением до полного номинального высшего напряжения в течение 30 мин. При напряжении, равном 2/3 номинального, трансформаторы могут работать длительно. Трансформаторы допускают следующие нагрузки: /ном — 30 мин, 0,6 /ном — неограниченное время. При возбуждении трансформаторов выше 0,6С_ном они должны защищаться шаровыми разрядниками, установленными на напряжение не выше 1,2U_ном.

Таблица 1. Однофазные и трехфазные силовые трансформаторы, используемые в качестве испытательных.

*В числителе приведено напряжение при последовательном соединении ветвей обмотки ВН, в знаменателе — при параллельном. Примечание. По требованию заказчика трансформаторы изготовляются на одно из указанных значений номинального напряжения обмотки НН.

Таблица 2. Специальные испытательные трансформаторы

С тем чтобы иметь возможность производить испытание трансформатором ИОМ-100/25 объектов большой емкости при напряжении ниже номинального, в ПНУ треста «Спецэлектромонтаж» было осуществлено секционирование катушек обмотки ВН трансформатора. Конструктивно обмотка ВН разделена на восемь катушек (1 8), каждая из которых рассчитана на рабочее напряжение 12,5 кВ (рис. 3,'а)

Рисунок 3 – Схемы реконструкции обмоток ВН испытательных трансформаторов ИОМ-100/20 и ИОМ-100/25: а — при соединении катушек обмотки ВН (до реконструкции); б — при получении испытательного напряжения 25 и 75 кВ; в — при получении испытательного напряжения 50 и 100 кВ; 1—8 — катушки обмотки ВН; 9 — крышка трансформатора с дополнительными выводами

Меняя схему соединения катушек и сочетание их, можно получать от испытательного трансформатора рабочий ток от 2 А при напряжении 12,5 кВ до 0,25 А при напряжении 100 кВ. Для этого необходима установка на крышке бака трансформатора нескольких дополнительных проходных изоляторов. На крышку бака трансформатора выведены отводы от катушек 6,4 и 7. Пересоединение этих отводов позволяет получить от испытательного трансформатора значения напряжений: 100, 75, 50 и 25 кВ (рис. 3, б, в), что обеспечивает с его помощью испытание напряжением промышленной частоты объектов емкостью до 0,3 мкФ (рис. 4).

*При кратковременном режиме работы не более 1 ч.

Примечания: 1. Обозначения регуляторов напряжения расшифровываются следующим образом: первая буква указывает вид изделия (А–автотрансформатор), вторая – число фаз (О – однофазный), третья – систему охлаждения (С – сухой, М –масляный), четвертая – систему регулирования напряжения; 20 или 40 –номинальный ток нагрузки; 220 – номинальное первичное напряжение: ЛATP – лабораторный автотрансформатор.

2. Обозначения регулировочных трансформаторов расшифровываются следующим образом: первая буква указывает вид трансформатора (Р – регулировочный), вторая – число фаз (О – однофазный), третья буква Т – трансформатор, четвертая – систему охлаждения (М – масляный); цифра в числителе – номинальная мощность: цифра в знаменателе – класс изоляции вторичного напряжения.
Конструктивно регуляторы состоят из тороидального или стержневого типа, на который намотана однослойная обмотка с эмалевой или бумажной изоляцией.
По наружной, зачищенной от изоляции, стороне обмотки перемещается один или два (в зависимости от количества регулируемых цепей) токосъемных контактных ролика. Исследования нагрузочной способности выпускавшегося ранее регулятора РНО-250-10, проведенные б. ОРГРЭС, показали, что последний в заводском исполнении допускает кратковременную одноминутную перегрузку до 4,5 /ном, т. е. 180 А. Усиление контактной системы, заключающееся в удвоении количества токосъемных угольных роликов, позволяет увеличить нагрузочную способность регулятора этого типа до 6,5 /ном, т. е. до 250—260 А. При этом работа с регулятором требует соблюдения следующих условий: продолжительность повышения напряжения и время испытания не должны превышать соответственно 0,5 и 1 мин; пауза между первыми двумя испытаниями при естественном охлаждении регулятора должна составлять не менее 10 мин, между вторым и третьим — не менее 20 мин, а перед следующим циклом, состоящим также из трехразового повышения напряжения, — не менее 2 ч; все контактные соединения должны быть тщательно поджаты и находиться в масле; соединительные провода должны присоединяться к зажимам с помощью латунных шайб или иметь наконечники; контактные ролики должны обладать достаточной твердостью; каждый контактный ролик должен иметь контактное давление 25—40 Н, причем у каждой контактной пары роликов оно должно быть одинаково. Для усиления контактной системы регулятора РНО-250-10 необходимо изготовить две новые детали: ось и скобу. Два дополнительных ролика могут быть демонтированы из обычно неиспользуемой второй контактной системы. Крепление реконструированной контактной системы к траверсе не изменяется. Для создания необходимого контактного давления на каждом конце траверсы устанавливается по две пластинчатые пружины, которые перед установкой подгоняются (укорачиваются на 2–3 мм). После сборки контактной системы динамометром измеряется контактное давление, которое определяется по усилию, необходимому для отрыва роликов от обмотки.
Регулирование напряжения автотрансформаторами серии РОТМ осуществляется за счет изменения индуктивной связи обмоток, расположенных на магнитопроводе, путем перемещения вдоль обмоток подвижной короткозамкнутой катушки. При перемещении короткозамкнутой катушки напряжение изменяется от нуля до номинального значения. Верхнее положение катушки соответствует минимальному значению регулируемого напряжения, нижнее — максимальному (рис. 4). Для перемещения катушки автотрансформаторы имеют электропривод и ручной привод.



Рисунок 4 – Регулирование напряжения автотрансформатором РОТМ: а – верхнее положение катушки; б – среднее положение катушки; в – нижнее положение катушки; 1 – сердечник; 2 – вторичная обмотка; 3 – первичная обмотка.

Продолжительность перемещения подвижной катушки от нижнего крайнего положения до верхнего с помощью электропривода – около 1 мин. Асимметрия по фазам отрегулированного напряжения не превышает 2 %. По мере понижения регулируемого вторичного напряжения мощность автотрансформатора пропорционально уменьшается, а индуктивное сопротивление увеличивается (рис. 5). По данным Московского электрозавода им. В. В. Куйбышева, кратковременная перегрузка автотрансформаторов, работающих в цикле одна минута работы — три минуты перерыв, может достигать двукратного значения.

В связи с отсутствием стандартных регуляторов напряжения мощностью 20 кВ-А, необходимых для питания испытательных трансформаторов при испытаниях большим током, прожигании кабелей и других работах, в ряде организаций разработаны свои конструкции регулировочных устройств. Одна из конструкций тиристорного регулятора разработана СКТБ ВКТ Мосэнерго и предназначена для регулирования и автоматического поддержания в заданных пределах тока прожигания. Регулятор питается от сети 220 В и обеспечивает на выходе регулирование напряжения в пределах 0—210 В. Длительный ток нагрузки 60 А, ток нагрузки в течение одного часа 80 А. Структурная схема устройства приведена на рис. 6. Устройство состоит из силового блока, блока формирования импульсов, блока ограничения тока, блока пуска и блока питания. Силовой блок предназначен для регулирования напряжения, приложенного к первичной обмотке прожигательного трансформатора, и представляет собой два встречно-параллельно включенных тиристора. Блок управления предназначен для формирования управляющих импульсов. В нем применен однополупериодиый магнитный усилитель. Блок ограничения тока предназначен для стабилизации тока прожигания, осуществляемой по принципу обратной связи по току. Блок пуска предназначен для снятия броска тока в момент включения устройства, а также обеспечивает регулирование тока прожигания только с нулевого значения. Для визуального контроля тока прожигания устройство снабжено стрелочным измерительным прибором.



Рисунок 5 – Зависимость реактивного сопротивления автотрансформатора от значения регулируемого напряжения

Рисунок 6 – Структурная схема тиристорного регулятора: 1 – блок питания: 2 – силовой блок: 3 – блок управления; 4 – блок ограничения тока; 5 – блок пуска; 6 – блок трансформаторов; 7 – прожигательный трансформатор

В качестве нагрузочных или регулировочных устройств активной мощности при испытании электрооборудования иногда применяют одно- или трехфазные жидкостные реостаты. Жидкостные реостаты состоят из сосуда с пресной, подкисленной или подсоленной водой, в котором расположены металлические электроды, выполненные из меди, латуни, оцинкованной стали и т. д. Нагрузка регулируется изменением или площади электродов, погружаемых в электролит, или расстояния между подвижным и неподвижным электродами (рис. 7).

Рисунок 7 – Конструкции жидкостных реостатов: г, б – с регулированием нагрузки изменением площади соответственно серповидного и сферического электродов; в – с изменением расстояния между электродами; 1 – подвижный электрод; 2 – неподвижный электрод; 3 – изолирующая подставка
Жидкостные реостаты при относительно небольших габаритах имеют простую и дешевую конструкцию, способны поглощать значительную мощность и обеспечивать плавное регулирование нагрузки. Одним из основных недостатков реостатного регулирования является зависимость внутреннего сопротивления реостата от температуры электролита. Жидкостные реостаты обычно изготовляются кустарным путем. Расчет жидкостного реостата сводится к определению площади электродов, удельного сопротивления и количества электролита. Площадь электродов, см², погружаемых в электролит, определяется по формуле

где J — плотность тока, А/см*; Рис„ — нагрузка испытательной установки, В-А; (У„с„ — напряжение на стороне НН испытательной установки, В. Плотность тока принимается 0,5—1,5 А/см² соответственно для загрязненной и чистой воды.

Удельное сопротивление электролита, Ом • см,

где i/n„T — напряжение питающей сети, В; L — расстояние между электродами, см.

Расстояния между электродами принимаются равными 1—10 см, причем меньшее расстояние относится к жидкостным реостатам с пресной водой, а большее — с подкисленной или подсоленной водой. Минимальное количество электролита, л, в реостате определяется по формуле

где т — продолжительность нагрузки, мин; At — повышение температуры электролита в реостате за время его работы, °С.

Рабочая температура электролита в реостате не должна превышать 60 °С.В качестве электролитов находят применение растворы поваренной соли или углекислой соды.
Удельные сопротивления электролитов при разных температурах в зависимости от концентрации соды приведены в табл. 3.

Таблица 3. Удельное сопротивление раствора углекислой соды.

Удельные сопротивления раствора поваренной соли, в зависимости от концентрации, приведены ниже:

Концентрация по массе, %	5	10	15	20	25
Удельное сопротивление раствора, Ом-см	14,9	8,25	6,09	5,1	4,68