Лекция: “Трансформаторы и реакторы. Режимы работы трансформатора и реакторов” группа 111
план-конспект урока

Лекция: “Трансформаторы и реакторы. Режимы работы трансформатора и реакторов”

        Однофазный масляный трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б (рис. 1) предназначен для преобразования напряжения контактной сети в напряжения цепей тяговых двигателей, включенных через полупроводниковые преобразователи, и собственных нужд электровоза.

Технические данные:

Мощность сетевой обмотки 4 485 кВ-А

Напряжение сетевой обмотки 25 000 В

Ток тяговой обмотки:

номинальный 1 750 А

часовой 1 840 А

Напряжения холостого хода:

тяговой обмотки на вводах al-01 (а2-02) 1 218 В

обмотки собственных нужд на вводах:

а5-х 232 В

а4-х 406 В

аЗ-х 638 В

Ток обмотки собственных нужд 550 А

То же при работе по схеме резервирования 1 000 А

Мощность обмотки собственных нужд 225 кВ-А

Общие электрические потери 83 кВт

К. п. д 98%

Расход воздуха на охлаждение 5,5 м3/с

Масса 8 000 кг

Габаритные размеры 2 000X2 600X2 760 мм

Рис. 1  Тяговый трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б: 1 - электронасос: 2 - запорное устройство; 3 - расширитель; 4 - прижим; 5 - балка-камера; 6 - указатель уровня масла; 7- бобышка заземления; 8-опорный стакан; 9 - охладитель; 10 - активная часть; '1 - отводы; 12 - ярмовая балка; 13 - пробка для удаления воздуха; 14 - прокладка; 15 - винт для удаления воздуха; 16 - винт фиксирующий; 17 - колпачок; 15 -болт; 19-вентиль; 20 - балка опорная; 21-пруток; 22 - прокладка; 23- пробка для дыхания; 24 - пробка для доливки масла; 25 - шпилька упора; 25 - заглушка; 27 - ввод обмотки собственных нужд; 28 - ввод тяговой обмотки; 29- ввод сетевой обмотки; ЗА -фартук; 31 - карман для термобаллона термометра манометрического; 32 - кран для отбора пробы масла

        Трансформатор состоит из следующих основных частей: активная часть, вводы обмоток, бак трансформатора, система охлаждения, контрольно-измерительные приборы.

        Технические данные трансформатора и схема соединения обмоток (рис. 2) нанесены на табличку, прикрепленную к стойке на крышке бака. Все вводы в соответствии со схемой имеют маркировку, нанесенную на крышку бака.

        В состав активной части 10 (см. рис. 1) входят обмотки, магнито-провод, отводы, а также узлы и детали изоляции.

        Магнитопровод трансформатора двухстержневой, шихтованный из пластин электротехнической стали марки 3414 (ГОСТ 21427.1-75) толщиной 0,35 мм без лакировки и отверстий. Стяжка стержней произведена бандажами из стеклоленты. Ярма прессуются балками из гнутого профиля с помощью болтов. Верхние и нижние ярмовые балки соединены вертикальными стяжными пластинами, имеющими зацепление с балками. Нижние ярмовые балки используются как камеры для направленной циркуляции масла.

Обмотки каждого стержня закреплены на трех изоляционных цилиндрах с помощью картонных прокладок и реек. Для компенсации усадки прокладок применен прижим 4, выполненный в виде наклонной штанги, один конец которой шарнирно укреплен в ярмовой балке, а другой связан с подвижным башмаком. В башмак упирается пружина, стремящаяся сместить его и привести штангу в вертикальное положение. Такая конструкция обеспечивает практически постоянное усилие осевой стяжки обмоток.

Рис.2 Схема соединения обмоток трансформатора

        Обмотки, расположенные на одном сердечнике, аналогичны обмоткам другого сердечника и отличаются только обозначением вводов и направлением намотки.

        Ближе к сердечнику расположены нерегулируемые части тяговых спиральных обмоток (а1-х1 на одном сердечнике и а2-х2 на другом). В середине размещена сетевая непрерывная обмотка. На наружном цилиндре расположены двойные дисковые катушки регулируемой части тяговой обмотки, а также обмотка собственных нужд.

        Контактами главного контроллера тяговые обмотки соединяются в две группы. Каждая группа через выпрямительную установку подключается к двум тяговым двигателям.

        Обмотки трансформатора соединены между собой, а также с вводами, расположенными на крышке бака, с помощью отводов 1.         Они представляют собой промежуточные токоведущие элементы, изготовленные из медных шин или прутков и закрепленные к ярмовым балкам посредством изоляционных материалов.

        Изоляция обмоток маслобарьерная, представляет собой масляные каналы в сочетании с узлами и деталями из электроизоляционных материалов.

        На крышке бака установлены два ввода 29 сетевой обмотки, четырнадцать вводов 28 тяговых обмоток и четыре ввода 27 обмотки собственных нужд. Соединение вводов с отводами выполнено гибкими медными проводниками. Все вводы разборные и допускают замену изоляторов без подъема активной части.

        Для защиты от механических повреждений активная (выемная) часть помещена в стальной восьмигранный бак с трансформаторным маслом ТКп (ГОСТ 982-68), которое обеспечивает необходимую изоляцию и охлаждение обмоток. Стальные прутки 21 предохраняют резину от чрезмерного сжатия и создают опорную поверхность для крышки.

        В нижней части торцовых граней бака установлены две шпильки для крепления активной части. Отверстия в баке в местах установки упоров закрыты съемными стальными заглушками 26.

        Две балки-камеры 5 приварены к стенкам бака. Они являются воздуховодами системы охлаждения и, кроме того, совместно с опорными балками 20 используются как элементы конструкции рамной подвескибака, а также увеличивают жесткость продольных граней бака. В опорные балки вварены четыре стакана 8, являющиеся опорами трансформатора на электровозе. На опорной балке находится бобышка 7 для заземления трансформатора. Уплотнение фартука 30 с полом кузова выполнено с помощью резины.

        В нижней части бака расположен вентиль 19 для заливки и слива масла, а также кран 32 для отбора пробы масла.

        Охлаждение трансформатора принудительное масляно-воздушное с направленной циркуляцией масла. С помощью электронасоса 1 горячее масло прокачивается через охладитель 9, который состоит из шести секций, расположенных двумя группами на боковых гранях бака. Каждая секция состоит из комплекта медных труб, снабженных радиаторами и соединенных по концам с коллекторами'. Охладитель обдувается воздухом из системы вентиляции электровоза. Охлажденное масло прокачивается через короб в нижней части бака в нижние ярмо-вые балки 12 по двум патрубкам, уплотненным прокладками 14, а затем поступает в обмотки. Картонные шайбы перекрывают осевые каналы в нескольких местах по высоте обмотки и тем самым создают принудительную (от электронасоса) циркуляцию масла в радиальных каналах обмоток.

        Электронасос состоит из одноступенчатого центробежного насоса и трехфазного асинхронного электродвигателя, размещенных в общем корпусе. Полость электродвигателя заполнена трансформаторным маслом, смазывающим шарикоподшипники и охлаждающим электродвигатель. Циркуляция масла в полости электродвигателя создается параллельно основному потоку масла. В верхней части корпуса насоса расположено запорное устройство 2 для подключения манометра, а также выхода воздуха при заполнении насоса маслом.

        На крышке бака размещен расширитель 3, предназначенный для компенсации температурных колебаний уровня масла в баке, а также для уменьшения поверхности соприкосновения масла с воздухом. На расширителе имеется указатель уровня масла 6, пробка для доливки масла 24 и пробка 23 для сообщения с атмосферой.

        Контрольно-измерительные приборы трансформатора служат для индикации температуры масла (термометр) и определения направления вращения вала электронасоса (манометр) по избыточному давлению, создаваемому насосом.

        Термометр манометрический сигнализирующий состоит из термобаллона, размещенного в кармане 31 крышки бака, измерительного прибора (расположенного на расширителе) и соединительной трубки. Принцип действия термометра основан на зависимости между температурой и давлением насыщенных паров заполнителя (хлорметил), заключенного в герметически замкнутой системе. Изменение давления в системе в зависимости от температуры влияет на положение манометрической пружины и стрелки измерительного прибора. На шкалу прибора нанесены деления в градусах Цельсия. ПринпиН действия и конструкция манометра общеизвестны и не нуждаются в описании.

        Трансформатор совместно с установленным на нем дополнительным электрооборудованием (переходной реактор, групповой переключатель и др.) является блоком электровоза. Установка дополнительного оборудования производится на элементы конструкции трансформатора с помощью резьбовых соединений, а также скоб и бобышек, входящих в комплект поставки-трансформатора.

        Блок трансформатора устанавливается в высоковольтной камере (ВВК) на резиновые амортизаторы ТН234 между тележками электровоза и имеет некоторую свободу перемещения относительно кузова. Из-за разности частот колебаний соединяемых деталей все подсоединения к трансформатору выполнены с помощью гибких элементов: вводы соединены с шинным монтажом гибкими шунтами, а балки-камеры с воздуховодами - брезентовыми патрубками.

        При работе трансформатора на электровозе должны соблюдаться следующие требования: температура трансформаторного масла не должна превышать 85 ° С длительно и 95° С кратковременно в течение 2 ч. При превышении температуры масла сверх допустимой необходимо принять меры для снижения нагрузки и выяснения причины возможной неисправности. Не допускается включение нагрузки при неработающем электронасосе, если температура масла выше 30 °С.

        При резком повышении температуры масла сверх допустимой должен быть отключен трансформатор для выяснения и устранения причин неисправности. Не допускается включение трансформатора после вторичного срабатывания защиты, если не устранена неисправность.

        Не допускается включение нагрузки на трансформатор при отсутствии вентиляции. Допускается работа трансформатора без принудительной вентиляции при работающем электронасосе и при нагруженной обмотке собственных нужд. После длительного отстоя электровоза в зимнее время при отрицательных температурах масла включение трансформатора на нагрузку должно производиться при отключенном электронасосе, который нужно включить при температуре масла 30°С.

Переходной реактор ПРА-48 электровоза BЛ80C

Переходной реактор типа ПРА-48 служит для осуществления перехода с одной позиции ЭКГ на другую без разрыва электрической цепи с током тяговых двигателей, а также является делителем напряжения. Он ограничивает ток короткого замыкания в секции трансформатора до 1200 А. Каждый реактор работает самостоятельно в одном из плеч тяговой вторичной обмотки трансформатора.

Технические характеристики ПРА-48

Номинальное напряжение относительно земли, кВ...........................1500

Номинальное напряжение между выводами, В..................................146

Часовый ток ветви, А.........................................................................1370

Длительный ток ветви, А....................................................................1270

Индуктивное сопротивление, Ом.......................................................0,12

Число витков...........................................................................................27

Сечение обмоточного провода, мм2...................................................8x60

Габаритные размеры реактора, мм.......................................835x940x955

Масса, кг................................................................................................450

 
Оба переходных реактора (рис. 2) выполнены в одном комплекте без стального сердечника. Каждый переходной реактор состоит из четырех катушек.

Рис. 2. Переходной реактор ПРА-48 (а) и схема его обмоток (б): I — спиральные катушки; 2 — стяжные дюралюминиевые шпильки; 3 — основание; 4 — защитные листы; 5 — экранирующие пакеты

        Каждая катушка реактора намотана в один слой из двух параллельных алюминиевых шин сечением 8x60 мм с зазором между шинами 7 мм в виде спирали и имеет 6,75 витков. По радиусам между витками катушки установлены прокладки из электронита для изоляции, по которым все витки катушки стягиваются бандажами из сгеклоленты.
        При сборке реактора на основании в виде гетинаксовой плиты (толщиной 30 мм) устанавливаются друг на друга четыре катушки нижнего реактора, на них устанавливаются четыре катушки верхнего реактора. Затем все восемь катушек в двух реакторах стягиваются между собой и с основанием при помощи верхних текстолитовых планок и восьми алюминиевых шпилек (М24).
        Снизу, сверху и между реакторов укреплены шихтованные пакеты для замыкания по ним переменного магнитного потока катушек реакторов (экранирование), что позволяет уменьшить нагрев крышки трансформатора и основания ЭКГ от действия вихревых токов.
        Все четыре катушки каждого реактора соединены между собой последовательно, путем сварки алюминиевых шин. Каждый реактор имеет три вывода: начало, конец и средний вывод «0» между второй и третьей катушками.
        Переходные реакторы устанавливаются на крышке тягового трансформатора (под ЭКГ). Расстояние между крышкой и основанием реактора должно быть не менее 100 мм. Реактор имеет естественное охлаждение.