ТРАНСФОРМАТОР СИЛОВОЙ С ВИТЫМ МАГНИТОПРОВОДОМ

Заявляемая полезная модель относится к области электротехники, а именно к трансформаторостроению и раскрывает энергоэффективный трехфазный силовой трансформатор сухого типа или с жидким диэлектриком класса напряжения 6(10) кВ мощностью от 25 до 2500 кВА с пятистержневым витым магнитопроводом из лент аморфных, нанокристаллических металлов и сплавов (далее - трансформатор).
Трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии одного напряжения в другое, связи между отдельными элементами (участками) электрической сети и обеспечения конечного потребителя электрической энергией.
Наиболее близким к предлагаемому способу является изобретение «Трансформатор с аморфным магнитопроводом» (см. патент US №2013/0106547 А1, опубликован 02.05.2013, МПК H01F 27/08, H01F 27/28), в котором предлагается применение витой конструкции магнитопровода трансформатора, навитой из ленты аморфной стали. Данный трансформатор состоит из: пяти-стержневого витого магнитопровода из аморфной стали; обмоток высшего и низшего напряжения, в которые устанавливается магнитопровод; металлоконструкций остова, обеспечивающих жесткость конструкции активной части трансформатора; элементов изоляционной системы трансформатора, обеспечивающих электрическую прочность между различными элементами трансформатора, находящимися под напряжением и заземленными элементами трансформатора, а также предотвращающих смещение элементов трансформатора сверх норм, предусмотренных конструкторской документацией.
Данная конструкция трансформатора имеет ряд недостатков допускающих снижение показателей надежности трансформатора. К основным недостаткам относятся:
- наличие нескольких разъемных соединений металлоконструкций остова, допускающих деформирование магнитопровода, и, как результат, увеличение потерь холостого хода, повышенный нагрев и локальный перегрев магнитопровода в зонах деформации магнитопровода;
- низкая надежность и низкая механическая прочность обмоток и магнитопровода.
Задачей трансформатора силового с витым магнитопроводом является устранение недостатков известных трансформаторов и возможность использовать заявленную конструкцию в случаях выполнения трансформатора с сухим или с жидким диэлектриком.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении надежности трансформатора, а именно в повышении механической прочности активной части трансформатора за счет повышения механической прочности ее основных элементов: магнитопровода, металлоконструкций активной части и обмоток, которые в целом представляют единую конструкцию, обладающую общей, т.е. единой механической прочностью.
Технический результат достигается за счет того, что трансформатор силовой с витым магнитопроводом содержит пятистержневой магнитопровод, обмотки, изоляцию и металлоконструкции активной части. При этом пятистержневой магнитопровод выполнен витым из лент аморфных, нанокристаллических металлов и сплавов. Изоляция имеет эпоксидный слой. Металлоконструкции активной части обеспечивают возможность раскрепления узлов и элементов трансформатора.
Предложенный трансформатор поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид составных частей трансформатора; на фиг. 2 изображен элемент металлоконструкций активной части трансформатора (металлоконструкция с уменьшенным количеством разъемных соединений); на фиг. 3 показана возможная деформация сгибов магнитопровода.
На чертежах позиции имеют следующие числовые обозначения:
1 - магнитопровод;
2 - обмотка;
2.1 - первичная обмотка;
2.2 - вторичная обмотка;
3 - металлоконструкции активной части трансформатора в собранном виде;
4 - сгиб магнитопровода;
5 - металлоконструкции активной части трансформатора в развертке с указанием линий сгиба.
Для изготовления витого магнитопровода 1 (фиг. 1) трансформатора применяется лента из аморфных, нанокристаллических металлов и сплавов. Изготовление магнитопровода 1 осуществляется путем формирования замкнутого контура за счет укладки пакетов различной длины, сформированных из нескольких слоев лент с укладыванием концов пакетов в одной плоскости с зазором и со смещением между зазорами различных пакетов, что обеспечивает снижение значений тока и потерь холостого хода. По ширине магнитопровод 1 может набираться из нескольких сегментов - элементарных магнитопроводов, с возможностью организации канала охлаждения между ними.
Боковые поверхности элементарных магнитопроводов, за исключением зоны стыковки пакетов магнитопровода 1, покрываются эпоксидным слоем для предохранения от коррозии и повышения механической прочности витой конструкции.
Магнитопровод 1 подвергается температурной обработке в магнитном поле для обеспечения минимального значения потерь холостого хода и мощности возбуждения трансформатора.
Свойства и характеристики аморфных, нанокристаллических металлов и сплавов приводят к необходимости раскрепления магнитопровода 1 относительно обмоток 2 и металлоконструкций активной части 3, 5 трансформатора. При раскреплении магнитопровода 1 требуется исключить деформирование сгибов 4 магнитопровода 1 (фиг. 3), а также вероятность оказания на магнитопровод 1 иных механических воздействий.
При транспортировке и эксплуатации трансформатора, в целях обеспечения исходной ориентации магнитопровода 1 и величины оказываемых на него механических воздействий применяются металлоконструкции активной части с уменьшенным количеством разъемных соединений 3, 5 за счет выполнения параметрической резки и гибки листового металла, что позволяет минимизировать количество разъемных деталей металлоконструкций активной части трансформатора и позволяет исключить смещения элементов металлоконструкций и магнитопровода относительно исходного значения с образованием деформированных сгибов магнитопровода 4, что негативно сказывается на показателях энергоэффективности и надежности трансформатора.
б) Изоляция.
В качестве изоляции при изготовлении обмоток 2 трансформатора сухого типа используются высокотемпературные изоляционные материалы с высокой электрической и механической стойкостью, которые обладают высокой электрической и механической прочностью, хорошей стойкостью к химическим продуктам и повышенной нагревостойкостью и не поддерживают горение. Материалы имеют низкую гигроскопичность при увеличении влажности окружающей среды, что важно для поддержания высокой электрической прочности изоляции. Изоляция имеет эпоксидный слой для выполнения высокотемпературной полимеризации и придания структуре обмотки 2 монолитности для повышения механической прочности обмоток 2 и надежности трансформатора.
в) Обмотки 2.
Обмотки трансформатора имеют овальную или прямоугольную форму, намотаны из фольги или из провода круглого/прямоугольного сечения.
Намотка обмоток 2 может выполняться на изоляционный цилиндр овальной или прямоугольной формы, который обеспечивает стойкость обмоток к воздействиям токов короткого замыкания и предотвращает контакт проводников обмотки 2 и магнитопровода 1.
Изоляция провода или межслоевая изоляция обмоток имеет эпоксидный слой, который при последующей высокотемпературной обработке и полимеризации придает обмоткам монолитность и высокую механическую прочность.
Обмотки 2 пропитываются высокотемпературным лаком по технологии вакуум-давления с последующей высокотемпературной полимеризацией, либо заливаются эпоксидным компаундом с последующей высокотемпературной полимеризацией для придания монолитной структуры и высокой механической прочности обмоткам 2.
Данная конструкция обмоток овальной и прямоугольной формы и технология их изготовления обеспечивают наилучшую стойкость к токам короткого замыкания.
В представленном трансформаторе металлоконструкция активной части выполнена с уменьшенным количеством разъемных соединений. При выполнении трансформатора с жидким диэлектриком устанавливается бак.
Трансформатор работает следующим образом (фиг. 2). При постановке трансформатора под напряжение на линейные отводы первичных обмоток 2.1 подается трехфазное напряжение промышленной частоты, протекающий по первичным обмоткам 2.1 ток намагничивания создает в магнитопроводе 1 переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, наводит во всех вторичных обмотках 2.2 ЭДС. При подключении отводов вторичных обмоток 2.2 на нагрузку во вторичных обмотках 2.2 возникает ток, пропорциональный нагрузке.
При достижении некоторого установленного значения температуры обмоток 2 или магнитопровода 1 или верхних слоев жидкого диэлектрика формируется предупредительный сигнал, сигнализирующий о предаварийном режиме работы. При последующем повышении температуры формируется аварийный сигнал на отключение трансформатора.
В процессе эксплуатации возможно возникновение электродинамических сил, действующих на обмотки 2 трансформатора, под воздействием которых возможны механические повреждения элементов активной части трансформатора и его последующий отказ. Овальная или прямоугольная форма обмоток, по сравнению с круглой формой обмоток, имеет более низкую механическую прочность и подвержена более сильному деформированию при воздействии электродинамических сил.
Свойства и характеристики аморфных, нанокристаллических металлов и сплавов приводят к необходимости раскрепления магнитопровода 1 относительно обмоток 2 и иных элементов трансформатора таким образом, при котором обеспечивается его неподвижность и недоступность для механических воздействий. Любые механические воздействия на магнитопровод 1 должны быть минимизированы для исключения вероятного увеличения потерь холостого хода, повышенного нагрева и локального перегрева магнитопровода 1.