Способ повышения мощности силового трансформатора и устройство его реализации
METHOD FOR INCREASING THE POWER OF A POWER TRANSFORMED AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к электроэнергетике, точнее к области создания силовых трансформаторов применяемых на электрических станциях, подстанциях и др.
Известны различные силовые электрические трансформаторы [1], [2], [3]. Одной из основных составляющих этих трансформаторов является обмотка, по которой проходит электрический ток и которая непосредственно преобразуют параметры электрической энергии.
Особенность обмотки в том, что она состоит из провода представляющий собой проводник покрытый изоляционным материалом.
Обмотка образуется путем намотки в виде спирали провода на сердечник. При этом соседние витки спирали соприкасаются друг с другом. При прохождении тока по проводам, изоляция проводов препятствуют прохождению тока между соседними витками, т.е. препятствуют возникновению короткого замыкания между витками и электрического пробоя.
Изоляция обладает еще теплоизолирующим свойством.
Следует отметить, что по обмоткам трансформаторов протекают токи большой величины. При прохождении этих токов провода обмоток нагреваются и выделяют много тепла, которое негативно сказывается на свойствах изоляционных материалов, и в конечном итоге, на работу всего силового трансформатора. Поэтому токи в обмотках ограничивают, чтобы выделяемое тепло не сказалось отрицательно на ее изоляцию. Таким образом, мощность трансформатора ограничивается параметрами теплопроводности изоляции обмотки.
В современных трансформаторах предусматривают систему охлаждения обмоток. Это позволяет в некоторой степени увеличить пропускаемый ток по обмоткам и, соответственно, увеличить мощность трансформатора. Различают трансформаторы масляные, в которых для охлаждения обмоток используется изоляционное трансформаторное масло и трансформаторы сухие, в которых для охлаждения обмоток используется воздух.
В связи с тем, что изоляционные материалы в обмотках трансформатора обладают ограниченной теплопроводностью, то в обмотках наблюдается внутренний перепад температуры, а именно перепад температуры между внутренней поверхностью изоляционных материалов, которые соприкасаются с нагретым проводником, по которому протекает ток, и его наружной поверхностью, которая соприкасается с охлаждающей средой.
Предлагаемый нами путь увеличения мощности трансформатора - увеличение теплоотдачи от обмоток в окружающую охлаждающую среду - масло или воздух.
Целью предлагаемого изобретения является повышение мощности силового трансформатора, по сравнению с существующими, при тех же массогабаритных параметрах обмотки, путем увеличения электрического тока пропускаемого по обмоткам, за счет увеличения теплоотдачи от обмоток в окружающую охлаждающую среду.
Достигается поставленная цель тем, что в обмотках удаляется изоляционный материал, который находится между проводником и охлаждающей средой. Охлаждающая среда касается оголенного проводника и непосредственно отбирает тепло от поверхности оголенного проводника.
Отсюда следует два способа достижения поставленной цели.
Первый способ достижения поставленной цели заключается в том, что с поверхности витков провода, соприкасающейся с охлаждающей средой, изоляционный материал удаляется, а между витками провода, т.е. на поверхности витков провода которые касаются друг с другом, сохраняется изоляционный материал, чтобы предотвратить короткое замыкание и электрический пробой между витками. Таким образом, поверхность провода обмотки оголена со стороны охлаждающей среды, а между витками изолирована.
Второй способ достижения поставленной цели заключается в том, что изоляционный материал удаляется полностью со всех сторон поверхности проводника. При этом витки проводника обмотки располагаются на некотором расстоянии друг от друга, чтобы не было непосредственного контакта между витками и охлаждающая среда могла бы свободно омывать проводник со всех сторон. Это позволит использовать, в качестве провода обмотки, проводник без изоляционного материала, при этом охлаждающая среда будет полностью омывать проводник со всех сторон и этим обеспечивать максимальный теплоотвод от проводника, а также обеспечивать изоляцию между витками обмоток от короткого замыкания и электрического пробоя.
Таким образом охлаждающая среда (масло, воздух) непосредственно соприкасается с поверхностью проводника и увеличивает теплоотвод от поверхности проводника. В данном варианте способа между проводом, который необходим охлаждать, и охлаждающей средой нет посредника в виде теплоизолирующего материала, который ограничивал бы теплоотвод.
Одним из вариантов устройства позволяющий реализовать один из выше приведенный способ заключается в следующем (Рис. 1, Рис. 2).
В обмоточном проводе с обоих сторон, соприкасающихся с охлаждающей средой, в изоляционном материале предусматриваются «окошки», т.е. оголяется провод, чтобы охлаждающая среда могла непосредственно соприкасаться с поверхностью провода. При этом верхний и нижний стороны обмоточного провода остаются полностью покрыты изоляционным материалом, что препятствуют возникновению межвиткового короткого замыкания и электрического пробоя.
На Рис. 1 показана одна из возможных схем обмотки из провода прямоугольного сечения, в витках которых, со стороны поверхности соприкасающейся с охлаждающей средой, предусмотрены «окошки» в изоляционном материале и оголяют провод, а поверхность со стороны соседних витков, которые соприкасаются друг с другом, остается покрытой изоляционным материалом, что препятствует возникновению межвиткового электрического пробоя.
На Рис. 2 показана схема витка обмотки с «окошками» по всей изоляции с наружной и с внутренней сторон витка (на схеме для простоты условно показаны только по два наружных и внутренних «окошка»): а) «окошко» в изоляции; б) оголенный провод.
Таким образом, отсутствие теплоизолирующего материала между проводом обмотки и охлаждающей средой, позволит увеличить теплоотвод от провода и соответственно увеличить величину электрического тока который можно пропускать по проводу обмотки, что в свою очередь увеличит мощность трансформатора по сравнению с существующими образцами трансформаторов. Кроме того, это приведет к снижению требований к свойствам изоляционного материала провода обмотки.
Литература:
1. www.ess-ltd.ru Устройство силовых трансформаторов.
2. www.tor-trans.com.ua Конструкция обмоток трансформатора.
3. helpiks.org Устройство и элементы конструкции силовых трансформаторов.