^СФОРМЛГор^
Ю. И. Герасимов Г. Б. Фридман
Шахтные
ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫЕ
ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ
ПОДСТАНЦИИ
Гос ЭН Е Р ГОИ 3 Д АТ
ТРАНСФОРМАТОРЫ
Выпуск 11
Ю. II. ГЕРАСИМОВ, Г. Б. ФРИДМАН
ШАХТНЫЕ
ВЗРЫ ВОБЕЗОП АСН Ы Е
ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ
ПОДСТАНЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА	1963	ЛЕНИНГРАД
СЕРИЯ «ТРАНСФОРМАТОРЫ»
под общей редакцией
Б. Б. ГЕЛЬПЕРИНА и П. П. СКВОРЦОВА
ЭЭ-5(3)-3
УДК 621.314.21
Г 37
В книге рассмотрены технические требования
к шахтным взрывобезопасным трансформаторам и транс-
форматорным подстанциям, дано описание их конструк-
ций и технологии производства. Подробно рассмотрены
свойства изоляционных материалов, применяемых
в шахтных сухих трансформаторах, их поведение при
нагревании и увлажнении, а также при тепловом старе-
нии. Указаны особенности расчета шахтных трансфор-
маторов й детально рассмотрены методы теплового рас-
чета шахтных сухих трансформаторов и трансформато-
ров с кварцевым заполнением.
Книга предназначена для инженеров и техников,
занимающихся проектированием, эксплуатацией и ре-
монтом шахтных подстанций и трансформаторов, а так-
же может быть полезна для инженерно-технических
работников, занятых разработкой взрывобезопасного
электрооборудования.
Герасимов Юрий Иванович и Фридман Григорий Бениаминович
Шахтные взрывобезопасные трансформаторные подстанции, М.—Л.
Госзнергонздат, 19G3, 16Э с. с черт, (в серии .Трансформаторы")
* * ♦
Тематический план 1963 г., № 181
Редактор М. А. Комар	Техн, редактор Г. Е. Ларионов
Сдано в набор 20/VIII 1963 г.	Подписано к печати 9/XII 1963 г.
Т-17301	Бумага 84X108’/»	8,20 печ. л.	Уч.-изд. л. 9
Тираж 4 000 экз.	Цена 45 коп.	Зак. 472
Типография № 1 Госэнергонздата Москва, Шлюзовая наб., 10.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Семилетний план развития народного хозяйства СССР
на 1959—1965 гг. предусматривает дальнейший значи-
тельный рост угольной, нефтяной, газовой, химической
и других отраслей промышленности, являющихся круп-
ными потребителями взрывозащищенного электрообору-
дования. Рост этих отраслей промышленности на базе
широкой электрификации процессов производства, даль-
нейшего развития механизации и автоматизации основ-
ных и вспомогательных технологических процессов и
внедрения новой передовой технологии потребовал
освоения новых типов взрывозащищенного оборудова-
ния и организации их массового производства.
Электроснабжение участков шахты до настоящего
времени осуществлялось в основном при помощи сило-
вых трансформаторов серии ТМШ, которые из-за нали-
чия в них горючего масла являются пожароопасными и
требуют устройства специальных камер с огнестойким
креплением. Это обусловливает также другие серьезные
недостатки указанной системы: неэкономичность и низ-
кую эффективность энергоснабжения, большие потери
энергии и большие падения напряжения в сети участков,
увеличенный расход кабеля.
В настоящее время поставлена задача полной замены
трансформаторов ТМШ в шахтах передвижными
трансформаторными подстанциями во
взрывобезопасном исполнении, являющими-
ся разновидностью взрывозащищенного оборудования.
Серийный выпуск шахтных подстанций типа ТСШВП
на базе сухих трансформаторов с изоляцией класса Н
налажен Запорожским трансформаторным заводом, про-
изводство подстанций типа ТКШВП на базе трансфор-
маторов с заполнением кварцевым песком освоено пред-
приятиями Донецкого совнархоза. В создании подстан-
ций и налаживании их выпуска большое участие прини-
3
Мали также коллективы ряда научно-исследовательских
институтов: ВЭИ имени В. И. Ленина, МакНИИ, Мос-
ковского горного института, Гипронисэлектрошахт.
В книге, написанной работниками Запорожского
трансформаторного завода, дано описание конструкций
взрывобезопасных шахтных сухих трансформаторов и
подстанций и технологии их производства, кратко оха-
рактеризованы конструкции зарубежных фирм.
Особое внимание было уделено вопросам, составляю-
щим специфику и наиболее сложную проблему проекти-
рования трансформаторов для шахтных подстанций: теп-
ловому расчету трансформаторов с естественным воз-
душным охлаждением и с кварцевым заполнением, во-
просам выбора изоляционных материалов, описанию их
свойств, вопросам нагревостойкости и срока службы изо-
ляции. В работе использован опыт проектирования и
производства шахтных взрывобезопасных подстанций на
Запорожском трансформаторном заводе, а также раз-
личные материалы, опубликованные в отечественной и
зарубежной периодической литературе.
Гл. 1, 3, 6 написаны Ю. И. Герасимовым, гл. 2, 4 и
5—Г. Б. Фридманом.
Авторы приносят глубокую благодарность инж.
Ф. Шимковицу, любезно представившему в распоряже-
ние авторов свои работы и материалы в области квар-
цевых трансформаторов, а также всем товарищам по
работе, поделившимся с авторами опытом и в той или
иной степени способствовавшим написанию этой книги.
Авторы
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ............................................. 3
Глава первая Энергоснабжение подземных вырабо-
ток ................................................   7
1-1. Общие замечания по распределению электроэнергии
в подземных выработках............................ 7
1-2. Краткие сведения о центральных подземных подстан-
циях (ЦПП)........................................ 8
1-3. Участковые трансформаторные подстанции........... 9
Глава вторая. Технические требования к шахтным
взрывобезопасным подстанциям . ...................... 15
2-1. Основные технические характеристики............. 15
2-2. Требования к принципиальной электрической схеме
подстанции....................................... 16
2-3.	Взрывобезопасное	исполнение подстанций.......... 18
2-4. Требования к эксплуатационным качествам подстан-
ций ............................................. 23
2-5. Некоторые требования к трансформаторам с кварце-
вым заполнением.................................. 25
Глава третья. Конструкция передвижной шахтной
подстанции........................................... 27
3-1. Общая компоновка подстанции..................... 27
3-2. Электрическая схема подстанции	типа	ТСШВП ...	28
3-3. Конструкция трансформатора...................... 36
3-4. Ячейка линейного автомата....................... 41
3-5. Ячейка разъединителя высокого	напряжения........ 45
Глава четвертая. Материалы сухих шахтных транс-
форматоров. Срок службы изоляции трансформа-
тора ................................................ 54
4-1. Вводные замечания............................... 54
4-2. Материалы, применяемые при изготовлении магнито-
проводов ........................................ 55
5
4-3. Обмоточный и установочный провода.............. 56
4-4. Изоляционные материалы......................... 58
4-5. Свойства изоляции трансформатора с естественным
воздушным охлаждением при воздействии нагрева-
ния и увлажнения................................. 68
4-6. Старение изоляции............................... 73
4-7. Определение срока службы изоляционной системы
трансформатора с воздушным охлаждением на мо-
делях ........................................... 80
Глава пятая. Расчет трансформатора.	. .......... 87
5-1. Задание на проектирование....................... 87
5-2. Особенности геометрии шахтного трансформатора с
естественным воздушным охлаждением............... 88
5-3. Краткий обзор методики расчета.................. 91
5-4. Конструкция главной изоляции шахтного трансформа-
тора с воздушным охлаждением..................... 94
5-5. Тепловой расчет трансформатора с воздушным охлаж-
дением .......................................... 98
5-6. Расчет средних температур обмоток и магнитопро-
вода ............................................103
5-7. Максимальные	температуры обмоток...............115
5-8. Тепловой расчет трансформаторов с заполнением квар-
цевым песком.....................................119
Глава шестая. Технология изготовления и испытания
шахтных взрывобезопасных подстанций..................125
6-1. Обшие сведения..................................125
6-2. Изготовление обмоток и изоляции.................126
6-3. Изготовление магиитопроводов..................  140
6-4. Изготовление ячеек с автоматом и	разъединителем 145
6-5. Изготовление кожуха трансформатора..............148
6-6. Сборка активной части трансформатора............149
6-7. Сборка трансформаторной подстанции..............152
6-8. Испытания шахтных взрывобезопасных траисформа ор-
ных подстанций...................................154
Литература..............................................158
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК
1-1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТКАХ
В условиях непрерывно возрастающей механизации
и автоматизации работ на добычном участке, роста мощ-
ностей двигателей угледобывающих машин и механиз-
мов бесперебойное и надежное снабжение электроэнер-
гией участка приобретает решающую роль.
Схемы электроснабжения шахты и участка зависят
от условий залегания пласта, его газоносности, принятой
системы отработки пласта и т. д.
Как правило, снабжение электроэнергией выемочного
участка осуществляется от участковой трансформатор-
ной подстанции, от которой электроэнергия напряжением
690 или 400 в кабельной сетью подается на участковые
распределительные пункты, расположенные в непосредст-
венной близости от лав, а оттуда непосредственно к по-
требителям.
Характерной особенностью электроснабжения участ-
ка является то, что по мере выработки угольного пласта
потребители электроэнергии или приближаются к своему
источнику питания, что бывает довольно редко, или
в большинстве случаев удаляются от трансформаторной
подстанции, в связи с чем происходит постоянное удли-
нение распределительной сети.
В соответствии с допустимыми потерями напряжения
в распределительной сети низкого напряжения, допусти-
мым минимальным напряжением на зажимах наиболее
мощного на участке короткозамкнутого двигателя при
его пуске (обыкновенно двигателя врубовой машины или
угольного комбайна), а также выбором наиболее целе-
сообразных сечений распределительной кабельной сети
7
расстояние распределительных пунктов лав от источни-
ков питания не должно превышать 300—350 я.
Для выполнения этого требования трансформаторные
подстанции должны периодически передвигаться вслед
за продвижением забоя. В противном случае незибежно
или применение больших сечений кабельной сети, или
ухудшение условий работы угольных комбайнов и дру-
гих машин и механизмов, что может повести к сниже-
нию производительности угледобывающего участка.
Питание участковых трансформаторных подстанций
напряжением 6 и реже 3 кв осуществляется от централь-
ных подземных трансформаторных подстанций шахты
или горизонта, которые в свою очередь питаются от по-
верхностных подстанций.
1-2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦЕНТРАЛЬНЫХ ПОДЗЕМНЫХ
ПОДСТАНЦИЯХ (ЦПП)
Центральные подземные подстанции (ЦПП) шахты
или горизонта (рис. 1-1) обычно располагаются в районе
рудничного двора и предназначаются для распределения
электроэнергии напряжением 6—3 кв по добычным
участкам, а также для питания двигателей насосов цен-
трального водоотлива, питания преобразовательных под-
станций и питания понижающих трансформаторов элек-
тропотребителей рудничного двора.
Подача электроэнергии на ЦПП осуществляется как
минимум двумя бронированными кабелями высокого
напряжения, прокладываемыми или по шахтным ство-
лам, или в специальных скважинах с обсадными тру-
бами.
Подстанция оборудуется в специальной камере, вы-
поленной в соответствии с правилами эксплуатации
угольных и сланцевых шахт.
Распределительное устройство высокого напряжения
ЦПП для шахт, опасных в связи с наличием газов и
пыли, обычно комплектуется из взрывобезопасных ячеек
типа УРВ-6 или РВД-6 или другого оборудования высо-
кого напряжения, если оно может быть применено для
данной категории шахт.
Для питания электроэнергией потребителей руднич-
ного двора устанавливаются один или несколько пони-
жающих трансформаторов типа ТМШ.
8
При наличии на шахте электровозной откатки кон-
тактными электровозами в помещении ЦПП могут быть
установлены и преобразовательные агрегаты.
1-3. УЧАСТКОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ
Участковые трансформаторные подстанции, как уже
указывалось, служат для питания потребителей электро-
энергии выемочного и подготовительного участков.
В зависимости от степени механизации, принятой си-
стемы разработок и других условий этими потребителями
могут быть: угольный комбайн или врубовая машина,
двигатели транспортеров (как скребковых, так и ленточ-
ных), двигатели откаточных или маневровых лебедок,
электросверла, вентиляторы частичного проветривания
и насосы местного водоотлива, осветительные устройства
и т. п.
Трансформаторная подстанция с масляными транс-
форматорами типа ТМШ оборудуется в специальной
трансформаторной камере, имеющей бетонное, каменное
или иное пожаробезопасное крепление (рис. 1-2). Раз-
меры камеры определяются количеством и мощностью
устанавливаемых силовых трансформаторов и другого
электрооборудования. Чаще всего в зависимости от уста-
новленной мощности электропотребителей участка на
подстанции устанавливаются один или два трансформа-
тора мощностью 100—320 ква типа ТМШ.
Питание участковой подстанции осуществляется от
ЦПП или районного распределительного пункта брони-
рованным кабелем на напряжение 3 или 6 кв.
Присоединение стороны ВН трансформатора для
шахт, опасных из-за наличия газов и пыли, осуществля-
ется с помощью взрывобезопасных ячеек типа УРВ-6
или РВД-6 или других взрывобезопасных ящиков высо-
кого напряжения.
Сторона НН трансформатора посредством линейного
взрывобезопасного автомата типа АФВ и кабельной се-
ти низкого напряжения соединяется с распределитель-
ным пунктом лавы. Обычно автоматы АФВ устанавли-
ваются как непосредственно за трансформатором, так
и перед распределительным пунктом.
Для контроля состояния изоляции сети низкого на-
пряжения и защиты ее от недопустимых утечек тока и
9
01
г7ое
Рис. 1-1. План и разрез центральной подземной подстанции.
/ — противопожарная дверь; 2 —силовой трансформатор: 3 — распределительная ячейка высокого напряжения; / — выпря-
митель; 5 — осветительный трансформатор; 6 — решетчатая дверь; 7 — герметичная дверь.
замыканий на землю на трансформаторной подстанции
устанавливаются реле утечки типа РУВ-2.
Подстанция должна иметь два выхода и должна обя-
зательно вентилироваться.
Как уже указывалось выше, участковая трансформа-
торная подстанция вслед за продвижением забоя должна
периодически переноситься.
Рис. 1 2. Участковая подстанция с трансформатором 180 ква.
1 — трансформатор силовой; 2 — ячейка высокого напряжения; 3 — автомат
линейный; 4 — трансформатор осветительный; 5 — реле утечки; 6— выключа-
тель освещения; 7 — решетчатая дверь; 8— противопожарная дверь.
12
Место оборудования подстанции и сроки ее перенос-
ки определяются планом горных работ.
Как это видно из описания электроснабжения участ-
ков добычных угольных шахт при стационарных под-
станциях, система электроснабжения не отвечает требо-
ваниям взрывобезопасности и пожаробезопасности элек-
трооборудования и требует устройства на участках спе-
циальных камер для подстанции, которые должны перио-
дически переноситься, а также увеличения сечений ка-
бельной сети низкого напряжения.
Устройство трансформаторных камер не исключает
возможности загорания масла в трансформаторе и воз-
никновения пожара в шахте со всеми вытекающими от-
сюда последствиями.
Все это вместе взятое вызвало необходимость внедре-
ния в угольной промышленности участковых трансфор-
маторных подстанций во взрывобезопасном исполнении
с целью полной замены применяющихся до настоящего
времени в шахтах стационарных участковых подстанций
с маслозаполненными трансформаторами.
Шахтные передвижные взрывобезопасные трансфор-
маторные подстанции для своей установки не требуют
специальных трансформаторных камер и могут устанав-
ливаться в штреке или другой горной выработке в не-
посредственной близости от лав.
Периодическое передвижение подстанции также не
вызывает трудностей и осуществляется тремя четырьмя
рабочими за 1 —1,5 ч ремонтной смены. Принятая прин-
ципиальная схема шахтной взрывобезопасной трансфор-
маторной подстанции Запорожского трансформаторного
завода (рис. 3-2) предназначена для использования ее
только в качестве тупиковой подстанции, т. е. для вклю-
чения по так называемой лучевой схеме.
Наиболее часто передвижные участковые подстанции
присоединяются к центральной подземной подстанции
(ЦПП) шахты при помощи гибких и бронированных ка-
белей высокого напряжения.
Управление подстанций со стороны ВН должно осу-
ществляться при помощи ячейки высокого напряжения
типа УРВ-6 или РВД-6, которая устанавливается на
ЦПП шахты или горизонта.
В тех случаях, когда требуется установить несколько
трансформаторных подстанций для питания двух, трех
13
или нескольких смежных участков, необходимо оборудо-
вание специального распределительного пункта высоко-
го напряжения с установкой на нем необходимого коли-
чества ячеек вышеуказанных типов.
Присоединение шахтных подстанций по полулучевым
или лучевым схемам с ответвлениями, т. е. по схемам,
в которых подстанция используется как проходная, не
рекомендуется, так как обеспечить надлежащую защиту
электрооборудования и кабельной сети при использова-
нии этих схем в настоящее время не представляется воз-
можным.
Как показывает опыт эксплуатации передвижных
шахтных подстанций (как производства ЗТЗ, так и им-
портных), на шахтах Донбасса, Караганды, Воркуты и
других угольных бассейнов экономия от ввода в экс-
плуатацию передвижных взрывобезопасных трансформа-
торных подстанций по участку средней мощности дости-
гает 10—15 тыс. руб/год. Так, например, применение на
шахте Пролетарская глубокая треста Макеев-
уголь восьми передвижных шахтных подстанций с су-
хими трансформаторами обеспечило в 1960 г. годовую
экономию 125 тыс. руб. *.
По данным Гипронисэлектрошахт о промышленных
испытаниях передвижной подстанции на шахте Ок-
тябрьская треста Куйбышевуголь, с примене-
нием шахтной передвижной подстанции напряжение на
участке повысилось примерно на 13%, перебои в работе
механизмов прекратились, напряжение на зажимах дви-
гателя комбайна стало соответствовать требованиям
ГОСТ 183-55.
Опыт эксплуатации подстанций показал, что примене-
ние передвижных подстанций в условиях угольных шахт
является рациональным и прогрессивным направлением.
При этом значительно уменьшаются расходы на содер-
жание, монтаж, демонтаж и-переноску подстанций, улуч-
шается режим работы механизмов участка, повышается
их производительность, резко снижаются расход цвет-
ных металлов и потери энергии в кабельной сети.
Цифры даны всюду в действующем денежном исчислении.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ШАХТНЫМ
ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫМ ПОДСТАНЦИЯМ
2-1. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Передвижные шахтные взрывобезопасные подстанции
с сухими трансформаторами (или с трансформаторами
с кварцевым заполнением) предназначаются для элек-
троснабжения участков угольных шахт, опасных ввиду
наличия газов или пыли. Исполнение подстанций должно
быть взрывобезопасным (РВ) в соответствии с требова-
ниями действующих Правил безопасности для угольных
и сланцевых шахт [Л. 5].
В состав передвижной подстанции входят следующие
основные элементы:
1)	распределительное устройство высокого напряже-
ния (ячейка ВН);
2)	сухой трансформатор (или трансформатор с квар-
цевым заполнением);
3)	распределительное устройство низкого напряже-
ния (ячейка НН).
Для шахтных сухих трансформаторов принята сле-
дующая шкала мощностей: 50, 75, 100, 135, 180, 240 и
320* ква. Комплектные подстанции предусматривается
выпускать с трансформаторами по указанной шкале, на-
чиная с мощности 135 ква.
Номинальные напряжения обмоток ВН и НН при хо-
лостом ходе, а также схема и группа соединений обмо-
ток должны соответствовать данным, указанным
в табл. 2-1.
Таблица 2-1
Номинальное напря- жение обмотки ВН, в	Номинальное напряже- ние обмотки НН, в	Схема и группа соединения обмоток
3 000	400/690	Y/Y-12; Y/A-11
6 000	400/690	Y/Y-12; Y/A-11
* При проектировании новых серий шахтных трансформаторов
должна быть принята новая шкала мощностей согласно ГОСТ
9680-61.
15
В связи с постепенным переводом электрических се-
тей действующих участков шахт на более высокое на-
пряжение 660 в предусматривается возможность пере-
ключения схемы соединений обмоток НН трансформа-
тора с треугольника на звезду без перепайки отводов
схемы. Переключение производится непосредственно на
месте установки подстанции.
Обмотки ВН трансформатора должны быть выполне-
ны с ответвлениями ±5%.
Величина к. п. д. трансформаторов (при номинальной
нагрузке и coscp=l) для лучших отечественных и зару-
бежных образцов шахтных трансформаторов мощностью
выше 100 ква находится в пределах 98,0—98,8%. Соот-
ношение между потерями холостого хода и потерями ко-
роткого замыкания выбирается при расчете трансфор-
матора на основании технико-экономического анализа.
Снижение потерь холостого хода у шахтных трансфор-
маторов имеет большое значение в связи со сравнитель-
но низкими величинами коэффициентов заполнения гра-
фика нагрузки участков. По статистическим данным для
шахт Донбасса [Л. 16] эта величина колеблется в преде-
лах 0,24—0,64, причем у общешахтной подстанции число
часов использования максимума достигает 2 000—
3 000.
Напряжение короткого замыкания (отнесенное к но-
минальной мощности) ик желательно иметь не более 4—
5,5%. Меньшие величины предпочтительны ввиду более
благоприятных условий запусков электродвигателей
угольных комбайнов.
Габаритные размеры подстанции должны быть
равны:
по высоте (от головок рельс) не более 1 300 мм;
по ширине не более 1 100 мм;
по длине не более 3 500 мм (для подстанций мощно-
стью 320 ква).
2-2. ТРЕБОВАНИЯ К ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СХЕМЕ ПОДСТАНЦИИ
Электрическая схема передвижной участковой под-
станции должна быть простой, содержать минимальное
количество аппаратов и обеспечивать надежность и без-
опасность в эксплуатации.
16
Управление силовыми цепями подстанции должно
осуществляться на стороне ВН выключателем, установ-
ленным в распределительном устройстве типа УРВ или
РВД. Включение и выключение устройства УРВ произ-
водятся ручным способом, а управление РВД может
быть ручное или дистанционное. Выключение распреде-
лительных устройств УРВ или РВД производится также
и от действия защиты или вследствие нарушения блоки-
ровочных связей подстанции.
Со стороны ВН передвижной подстанции устанавли-
вается разъединитель с механизмом мгновенного вклю-
чения и отключения, обеспечивающий при снятии на-
грузки подстанции отключение тока холостого хода
трансформатора.
На стороне НН управление силовой цепью осущест-
вляется автоматическим выключателем. Включение авто-
мата производится ручным способом, выключение — от
руки или автоматически при действии защиты или бло-
кировок.
Со стороны НН подстанции имеется максимальная
защита сети низкого напряжения (максимальные расце-
пители автомата), тепловая защита трансформатора
(температурное реле) и защита от опасных токов утечки
Ълеле утечки). Температурное реле должно воздейство-
вать на нулевую катушку выключателя высокого напря-
'sSJbhhh или на отключающую катушку автоматического
З^Ьыключателя подстанции.
Для контроля за работой подстанции должны быть
'установлены измерительные приборы: амперметр, вольт-
метр и килоомметр (установленный на панели реле
утечки).
Для освещения подстанции должен быть предусмо-
трен осветительный трансформатор.
Электрические блокировки подстанции должны ис-
ключать возможность операций с разъединителем при
включенном выключателе высокого напряжения или ав-
томате распределительного устройства низкого напряже-
ния подстанции.
Должна быть также предусмотрена механическая
блокировка крышки распределительного устройства НН
подстанции с валиком автомата, препятствующая откры-
ванию крышки при включенном автомате и включению
автомата при снятой крышке, а также блокировка крыш-
2—472	17
ки распредустройства ВН подстанции с валом разъеди-
нителя, препятствующая открыванию крышки при вклю-
ченном разъединителе и включению разъединителя при
открытой крышке.
Кроме того, должна быть предусмотрена механиче-
ская блокировка вала разъединителя с блокировочной
рукояткой, не допускающая включения разъединителя
до поворота блокировочной рукоятки в положение, ко-
торое обеспечивает с помощью блок-контактов отклю-
чение выключателя высокого напряжения и автомата
распределительного устройства низкого напряжения
подстанции.
2-3. ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ
ПОДСТАНЦИЙ
Взрывобезопасное исполнение подстанций, как и дру-
гого электрооборудования, предусматривает устройство
их оболочек таким образом, чтобы возможность воспла-
менения окружающей оболочку взрывчатой шахтной
среды при любых режимах и условиях работы электро-
оборудования была исключена.
Взрывонепроницаемость оболочек должна быть обес-
печена в условиях наиболее взрывчатой концентрации
метана или других горючих газов, которые могут обра-
зоваться внутри оболочки, при максимальной мощности
искры или дугового короткого замыкания.	’
Для того чтобы обеспечить прочность оболочек в экс-
плуатации при любых режимах работы электрооборудо-
вания, они должны быть рассчитаны на избыточное дав-
ление 8 ат и выдерживать это давление при гидравличе-
ских испытаниях в течение 1 мин и более независимо от
величины свободного объема (для электрооборудования
мощностью свыше 4 ква и напряжением свыше 133 в).
Эти величины установлены «Правилами безопасности
в угольных и сланцевых шахтах» на основании макси-
мальных давлений, зарегистрированных при взрыве ме-
тановоздушных смесей при различных мощностях источ-
ника воспламенения. Герметизированные оболочки
(с эластичными прокладками на стыках) при отсутст-
вии в них избыточного давления при нормальной работе
испытываются давлением 8 ат независимо от свободного
объема оболочки и параметров источника тока. При на-
18
личин избыточного давления в результате, например, на-
гревания обмоток или других причин испытательное дав-
ление должно быть соответственно увеличено.
При неотключенном коротком замыкании оболочка
в месте горения дуги может быть прожжена или нагрета
до опасной температуры. Поэтому взрывонепроницаемые
оболочки должны быть защищены от продолжительного
воздействия на них дуговых коротких замыканий, для
чего применяются максимально-токовая защита и реле
утечки.
Температура нагревания наружных частей оболочек
при любых аварийных режимах работы электрооборудо-
вания не должна превышать 200° С. При длительности
дугового к. з. не более 0,1—0,2 сек (для шахтных сетей
с напряжением не выше 700 в) по опытным данным
в большинстве случаев оболочки до опасных температур
не нагреваются.
Для обеспечения устойчивости взрывобезопасных обо-
лочек от внешних механических усилий, которые могут
возникнуть в условиях эксплуатации, например при об-
рушении породы, случайных ударах и т. д., они должны
изготовляться только из стального листа или сварными
из стали, причем толщина стального листа рекомендует-
ся не менее 4 мм. Для отдельных деталей, а также обо-
лочек объемом не более 2 л передвижного и полустацио-
нарного электрооборудования допускается также при-
менение модифицированного чугуна с временным сопро-
тивлением разрыву не менее 28 кГ1мм2 и пределом проч-
ности при изгибе не менее 48 кГ/мм2.
Если оболочка имеет смотровые окна, их площадь не
должна превышать 50 мм2, а их прозрачные детали
должны изготовляться из теплостойких и механически
прочных материалов толщиной не менее 10 мм.
Поскольку при дуговых к. з. на алюминиевых элек-
тродах нельзя обеспечить взрывонепроницаемость обо-
лочек с помощью описанного ниже устройства фланцев
(фланцевой защиты), применение алюминия и его спла-
вов для токоведущих частей взрывобезопасного элек-
трооборудования не допускается.
Применение алюминиевых сплавов для изготовления
оболочек и крепежных деталей также запрещается вви-
ду невозможности обеспечить взрывонепроницаемость
2*	19
С помощью фланцевой защиты и опасности воспламене-
ния окружающей взрывчатой среды от искр трения, ко-
торые образуются при соударениях частей оболочки
Рис. 2-1. Размеры фланцевых соеди-
нений взрывобезопасных оболочек
электрооборудования.
1 — стенка оболочки; 2 —фланец; 3 —
крышка; 4 — болт; 5 — шайба пружинная.
с оборудованием или
породой.
Для предотвраще-
ния наружного взрыва
в результате выброса
из оболочки через ме-
ста соединений ее ча-
стей пламени и про-
дуктов взрыва метано-
воздушной смеси, а
также (при дуговом
к. з.) и раскаленных
газов и металлических
частиц установлены
параметры фланцевых
соединений, приведен-
ные ниже.
Неподвижные стыки плоских поверхностей фланцев
и неподвижные сопряжения цилиндрических поверхно-
стей деталей оболочек должны быть выполнены так, что-
бы зазор б (рис. 2-1) в любом месте стыка плоских по-
верхностей или диаметральный зазор б (мм) в любом
месте прилегания цилиндрических поверхностей не пре-
вышал следующих величин:
При свободном объеме оболочки 0,5 —10 л. . .0,1 мм
»	»	„	„ свыше Юл. . .0,2 мм
Эти и указанные ниже параметры фланцев относятся
к оболочкам электрооборудования, присоединенного к ис-
точникам тока со вторичным (выходным) напряжением
выше 133 в и мощностью более 4 ква.
Если диаметральный зазор неподвижных цилиндри-
ческих поверхностей превышает нормированную величи-
ну, то это сопряжение должно быть дополнено стыком
плоских поверхностей шириной не менее 8 мм для обо-
лочек объемом от 0,5 до 2 л и не менее 10 мм для обо-
лочек свыше 2 л. При этом зазор в любом месте приле-
гания цилиндрических поверхностей не должен превы-
шать 0,5 мм, а общая ширина прилегания плоских и ци-
линдрических поверхностей должна быть не менее ука-
занной ниже.
20
Наименьшая ширина стыков и поверхностей приле-
гания В и расстояния от внутренней кромки фланцев до
отверстий для болтов b (рис. 2-1) должны составлять:
При свободном объеме оболочки, л	Б, мм Ь, мм
0,5 — 2............................... 15	8
свыше 2.............................. 25	10
Наименьшая длина втулок I (мм) для прохода через
стенку оболочки осей (валиков) управления должна со-
ставлять
При свободном объеме оболочки, л:
до 2........................25 лои
свыше 2................35 мм
Разница в диаметрах оси управления и втулки при
этом должна быть не более 0,25 мм.
Под действием давления внутреннего взрыва проис-
ходит упругая деформация частей оболочки (фланцев)
в местах их соединений. В силу этого толщина фланцев
и расстояние между крепежными деталями определяют-
ся расчетным путем, причем исходными данными для
расчета являются максимально допустимый прогиб
фланца 0,05 мм и величина давления при гидравличе-
ских испытаниях. Расчетная толщина фланцев должна
быть увеличена на 10—20% для возможности ремонта
оболочек.
Неподвижные стыки взрывонепроницаемых оболочек
должны обрабатываться в соответствии с классом чисто-
ты V 5, подвижные сопряжения типа валик управле-
ния— втулка —в соответствии с классами чистоты:
V? — валик, V6—-отверстие для валика управления.
Встроенные во взрывонепроницаемую оболочку элек-
трические аппараты должны иметь блокировку, препят-
ствующую открыванию крышки при наличии напряжения
на голых токоведущих частях, которые станут доступны
после открывания крышки. Должна быть исключена воз-
можность включения аппаратов при открытой крышке,
а также возможность подачи напряжения на детали от-
крытого аппарата при случайном ручном воздействии.
Фланцевые соединения оболочки трансформатора
(кожуха) и распределительного устройства ВН должны
иметь пылебрызгонепроницаемое резиновое уплотнение,
предохраняющее от попадания пыли и шахтных вод.
21
Ввод и вывод кабеля через стенку оболочек, как пра-
вило, должны выполняться с помощью проходных изо-
ляторов.
Выполнение перечисленных основных требований
к конструкциям взрывонепроницаемых оболочек и при-
менение соответствующих электрических средств защи-
ты от дуговых к. з. и чрезмерного перегревания обеспе-
чивают взрыво- и пожаробезопасность электрооборудо-
вания как в нормальном, так и в аварийных режимах
работы.
Кроме того, ряд требований предъявляется к конст-
рукциям электрооборудования, встраиваемого во взрыво-
непроницаемые оболочки: изоляционным материалам,
путям утечки и изоляционным промежуткам, конструк-
циям вводных устройств и т. д.
Изоляция рудничного электрооборудования должна
быть влагостойкой, рассчитанной на работу в условиях
относительной влажности воздуха до 97% при темпера-
туре + 35° С. Изоляция обмоток сухих силовых транс-
форматоров должна, кроме того, соответствовать требо-
ваниям класса Н (СВ) * нагревостойкости.
В качестве опоры для неизолированных токоведущих
частей должны применяться прочные дугостойкие и на-
гревостойкие изоляционные материалы. Так называемые
пути утечки, т. е. кратчайшие расстояния по поверхности
изоляционных тел или по местам соединения изолиро-
ванных тел, и воздушные промежутки между голыми
токоведущими деталями, находящимися под разными
потенциалами, должны быть не менее значений, приве-
денных в табл. 2-2.
Если расстояние от изоляционной поверхности до
корпуса или любой другой поверхности менее 3 мм и
если имеются условия для скопления угольной пыли
между близко расположенными поверхностями, то путь
утечки по такой поверхности не учитывается, т. е. кром-
ка такой изоляционной поверхности считается проводя-
щей. Точно так же несклеенные стыки недугостойких тел
* Здесь и ниже классы нагревостойкости изоляции указаны
в ’соответствии с ГОСТ 8865-58 «Материалы электроизоляционные
для электрических машин, трансформаторов и аппаратов. Класси-
фикация .по ’нагревостойкости». В скобках дано прежнее обозначение
класса нагревостойкости.
22
считаются проводниками. Склеенные дугостойким лаком
стыки изоляционных тел и несклеенные стыки дугостой-
ких деталей считаются участками утечки.
Таблица 2-2
Напряжение, я, и род тока	Пути утечки, мм, по поверхности		Воздушные промежутки, мм	
	верти- кал ыюй	гори- зонталь- ной	Токоведущие ч^сти, не предназначенные для присоединения провалов, и зажимы штепсельных разъе- динителей	31ЖИМЫ для проводов и гибких соединений
До 65 ( ~)	8	13	3	6
127 220 ( -х.)	15	20	7	15
110 — 250 ( = )	15	20	7	15
380/660 (-х,)	20	25	9	20
3 000 (-X,)	75	75	75	75
6 0С0 (-X,)	100	100	100	100
2-4. ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ
КАЧЕСТВАМ ПОДСТАНЦИЙ
Для транспортировки в шахту должна быть преду-
смотрена возможность удобного отсоединения от транс-
форматора одной из ячеек РУ в случае, если габариты
клети не позволяют опускать в ней полностью собран-
ную подстанцию. Должна быть также предусмотрена
возможность транспортировки подстанции в вертикаль-
ном положении, т. е. подвешенной под клетью.
Кроме того, предусматривается возможность транс-
портировки подстанции по рельсовым путям с колеей
как 600, так и 900 мм. Жесткая база ходовой части под-
станции должна быть близкой к величине жесткой базы
рудничного транспорта. При больших размерах жесткой
базы ходовая часть должна выполняться с поворотной
на угол до 20° тележкой для скатов.
В этом случае желательно осуществление подвески
такой тележки с помощью сферического шарнира, допу-
скающего поворот оси в вертикальной и горизонтальной
плоскостях. Для уменьшения забуривания (схода с рельс)
подстанции при транспортировке по шахтным путям
в случае отсутствия поворотной тележки желательно вы-
полнение свободной подвески осей, которое допускало
23
бы перемещение катков в вертикальной плоскости на
20—30 мм.
Со стороны ВН и стороны НН подстанции должны
быть установлены ограждающие приспособления (буфе-
ра) для защиты от ударов вагонеткой или электровозом.
С обеих сторон 'подстанции предусматриваются прицеп-
ные устройства для транспортировки по шахтным путям.
Отдельные части подстанции — оболочки ячеек НН и
ВН и кожух трансформатора —должны иметь снаружи
стальные оцинкованные заземляющие зажимы, отмечен-
ные знаком заземления или надписью «земля». Диаметр
заземляющего зажима должен быть не менее 12 мм.
Вводное устройство для гибкого кабеля должно иметь
внутри латунный зажим для соединения заземляющей
жилы кабеля с корпусом. Допускается для вводного
устройства, выполненного из стали, применение в качест-
ве зажима для заземляющей жилы кабеля стальной
оцинкованной шпильки, приваренной к корпусу вводной
коробки и снабженной набором латунных шайб и гаек
с прокладкой пружинной шайбы.
Вводное устройство для бронированного кабеля
должно иметь снаружи стальной оцинкованный зажим
для соединения брони кабеля с корпусом и внутри ла-
тунный зажим для соединения с корпусом свинцовой
оболочки. Место соединения свинцовой оболочки с кор-
пусом должно быть доступно для осмотра.
Кабельная муфта высокого напряжения должна быть
расположена в верхней части распределительного устрой-
ства ВН подстанции горизонтально или под небольшим
углом, концом вниз. Предусматривается возможность
замены в случае необходимости кабельной муфты ВН
под гибкий кабель запасной муфтой под бронированный
кабель. Конструкция муфт должна обеспечивать возмож-
ность применения сухой разделки кабеля или заливки
мастикой.
Для удобства эксплуатации коробку выводов на сто-
роне НН желательно выполнить так, чтобы кабельные
муфты можно было располагать как с торцовой, так и
с боковых сторон распределительного устройства низко-
го напряжения.
Все измерительные приборы и кнопки «проверка»
реле утечки должны находиться на торцовой стороне
распределительного устройства НН,
24
2-5. НЕКОТОРЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТРАНСФОРМАТОРАМ
С КВАРЦЕВЫМ ЗАПОЛНЕНИЕМ
Производство трансформаторов с кварцевым заполне-
нием является одной из наиболее молодых отраслей
в трансформаторостроении, так же как применение так
называемой песочной защиты в производстве
взрывобезопасного электрооборудования. Поэтому пра-
вила и нормы на изготовление трансформаторов с запол-
нением кварцевым песком, разрабатываемые в СССР
Макеевским институтом по безопасности работ в горной
промышленности и Гипронисэлектрошахте (г. Донецк),
в настоящее время еще находятся в стадии опытной про-
верки и уточнения. Мы ограничимся только несколькими
замечаниями по конструктивному исполнению трансфор-
маторов с кварцевым заполнением, не претендующими
на полноту освещения этого вопроса.
Для трансформаторов с кварцевым заполнением до-
пускается выполнение обмоток проводом с изоляцией не
ниже класса Е. При этом длительно допустимая темпе-
ратура при номинальной нагрузке должна соответство-
вать предыдущему классу (в данном случае классу А).
Для заполнения трансформаторов должен применять-
ся кварцевый песок, очищенный от посторонних приме-
сей, особенно металлических и органических частиц.
Допускается также применение дробленого кварцита.
Кварцевый песок с нормируемыми величинами фракций
зерен и содержания примесей должен быть промыт, просу-
шен и обработан гидрофобизирующими жидкостями для
предохранения изоляции от увлажнения. Гидрофобиза-
ция, например, может быть произведена раствором крем-
нийорганической жидкости ГКЖ-94 в уайт-спирите (100 г
кремнийорганической жидкости на 80 л уайт-спирита и
на 1 000 кг песка) с последующим прокаливанием при
температуре 150—180° С до постоянного веса.
Требование дугостойкости к изоляционным материа-
лам деталей, погруженных в кварцевый песок, не предъ-
является.
Электрические расстояния при кварцевом заполнении
электрооборудования могут быть приняты значительно
меньше, чем по нормам на пути утечки в конструкции
взрывобезопасного рудничного электрооборудования.
Например, расстояния в песке между токоведущими
частями разного потенциала, а также до заземленных
25
частей при напряжениях до 700 в могут быть приняты
почти вдвое меньшими, а при напряжении до 6 000 в —
примерно в 1,5 раза меньшими, чем пути утечки во взры-
вобезопасной оболочке.
Кожух трансформатора должен быть изготовлен из
листовой стали и иметь достаточную в условиях экс-
плуатации прочность. Избыточное давление при гидрав-
лических испытаниях кожуха принимается 0,5 ат. Крыш-
ки трансформатора должны иметь прочные эластичные
уплотняющие прокладки. В верхней части кожуха для
контроля уровня кварцевого песка предусматриваются
смотровые «глазки», устройство которых должно быть
герметичным и исключать возможность задерживания
частиц песка при недопустимом снижении уровня засып-
ки. Стенки любых полостей кожуха, в частности волн,
ограничивающие поверхность кварцевого песка сверху,
должны выполняться под углом не менее 30° С.
Должно быть обеспечено удобное переключение регу-
лировочных ответвлений обмотки ВН в условиях экс-
плуатации без снятия основной крышки трансформатора.
Песок, засыпаемый в кожух трансформатора, должен
быть уплотнен до полной усадки путем вибрации. Запол-
нение кожуха трансформатора кварцевым песком с уче-
том полной его усадки должно осуществляться «под
крышку». Должен быть предусмотрен эксплуатационный
резерв толщины песка сверх установленной величины
взрывозащитного слоя Толщина взрывозащитного слоя
уплотненного песка выбирается из условий отсутствия
зажигания взрывчатой смеси в наружной атмосфере при
коротком замыкании на токоведущих частях. Мощность
и длительность короткого замыкания нормируются.
Для метано-воздушной смеси и условий трехфазного
дугового замыкания в песке с фракциями зерен ОД-
НО мм при токе 4 000—6 000 а согласно данным Макеев-
ского НИИ конструктивный взрывозащитный слой
уплотненного песка составляет 200—250 мм. Примене-
ние специального перфорированного металлического
экрана позволяет в 2—3 раза снизить толщину слоя
песка над токоведущими частями без снижения взрыво-
защитных свойств слоя, что дает существенное уменьше-
ние веса и габаритов электрооборудования с кварцевым
заполнением.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
КОНСТРУКЦИЯ ПЕРЕДВИЖНОЙ ШАХТНОЙ
ПОДСТАНЦИИ
3-1. ОБЩАЯ КОМПОНОВКА ПОДСТАНЦИИ
Шахтная взрывобезопасная трансформаторная под-
станция типа ТСШВП (рис. 3-1) представляет собой
передвижной агрегат, состоящий из трех основных узлов:
а)	ячейки трехполтосного разъединителя стороны ВН;
б)	сухого силового трансформатора;
Рис. 3-1. Шахтная взрывобезопасная трансформаторная подстанция
типа ТСШВП-180/6 мощностью 180 ква, 3—6 кв.
/ — ячейка трехполюсного разъединителя; 2 — трансформатор с естественным
воздушным охлаждением; 3— ячейка линейного автомата; 4 — люк панели
регулировочных ответвлений.
в)	ячейки линейного автомата стороны НН с защит-
ными и контрольно-измерительными аппаратами.
Подстанция предназначена для работы в шахтах,
опасных в связи с наличием газов и пыли, в качестве
27
участковой подстанции и выполнена в соответствии с тре-
бованиями и нормами изготовления рудничного взрыво-
безопасного оборудования.
Передвижение подстанции по шахтным путям осу-
ществляется с помощью четырех катков, установленных
на двух свободно подвешенных осях, допускающих вер-
тикальное перемещение катков на 25—30 мм, что умень-
шает возможность забуривания (схода с рельс) подстан-
ции при ее транспортировке по горным выработкам. Для
транспортировки подстанции электровозами, концевыми
лебедками или какими-либо другими средствами, а так-
же для ее предохранения от возможных ударов элемен-
тами рудничного транспорта с обеих сторон подстанции
предусмотрены буфера с прицепным устройством в виде
невыпадающего шкворня.
Питание подстанции со стороны ВН должно осущест-
вляться от центральной подземной подстанции или спе-
циального распределительного пункта высокого напря-
жения через взрывобезопасные ячейки типа УРВ-6 или
РВД-6.
Присоединение подстанций со стороны ВН возможно
как гибким, так и бронированным кабелями высокого
напряжения. Для подключения бронированного кабеля
в комплекте запасных частей подстанции предусмотрена
специальная кабельная воронка.
Со стороны НН подключение подстанции осущест-
вляется гибкими кабелями.
Включение и отключение подстанции на стороне НН
производится ручным способом.
В аварийных случаях отключение подстанции осуще-
ствляется защитой.
Имеющиеся на подстанции электрические и механи-
ческие блокировки предохраняют обслуживающий пер-
сонал от попадания под напряжение и от возможных не-
правильных коммутационных операций. Работа блоки-
ровок, а также устройство отдельных узлов подстанций
описаны ниже.
3-2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОДСТАНЦИИ ТИПА ТСШВП
Электрическая схема подстанции представлена на
рис. 3-2 и состоит из силовой цепи и цепей управления
и защиты, измерения и электрических блокировок.
28
Рис. 3-2. Электрическая схема подстанции типа ТСШВП.
/ — коробка выводов высокого напряжения; // — ячейка разъединителя высокого напряжения; /// — трансформатор силовой
с естественным воздушным охлаждением: IV — ячейка автомата; V — коробка выводов низкого напряжения; / — главная рукоятка
управления разъединителем; 2—блокировочная рукоятка; 3— рукоятка управления автоматом; 4 —кнопка „проверка"; О/( —отклю-
чающая катушка автомата; РБ1, РБ2 —блокировочные контакты разъедини геля; РГ — тепловое реле типа TP-200; КМР — отклю-
чающие катушки максимальных расцепителей автоматического выключателя: Рг и Р2 —контакты реле утечки Р типа РУВ-2; Л —
лампа осветительная; Бк — блок-контакт к цепи катушки реле минимального напряжения привода вводного выключателя
трансформаторной подстанции.
Рассмотрим работу отдельных элементов схемы.
Напряжение 3—6 кв подается на линейные выводы
Ль Л2, Лз, расположенные в вводной коробке разъеди-
нителя, и далее при включенном разъединителе на об-
мотки ВН трансформатора, соединенные в звезду с изо-
лированной нейтральной точкой, что обусловлено приня-
тыми на шахтах Советского Союза схемами защиты от
замыканий на землю и правилами эксплуатации уголь-
ных и сланцевых шахт.
Для изменения напряжения обмоток ВН 'при отклю-
ченном от сети трансформаторе предусмотрены регули-
ровочные ответвления, концы которых закреплены на
стеклотекстолитовой панели.
Соединяя с помощью контактной планки концы от-
ветвлений х2—Хз, у2—Уз и z2—z3, получаем номинальное
напряжение обмотки ВН; соединяя концы х3—х4, у3—уц
и z3—z4 или Xi—х2, у\—у2 и Z]—z2, получаем соответст-
венно уменьшение или увеличение напряжения ВН в пре-
делах ±5%.
Концы обмоток НН трансформатора внутри схемы
не запаиваются, и все шесть концов обмоток через про-
ходные изоляторы выведены на заднюю стенку ячейки
линейного автомата, где в зависимости от принятого
на шахте напряжения могут быть соединены в звезду
или треугольник.
При соединении концов обмоток НН х, у и z схема
соединения обмоток трансформатора будет Y/Y-12 и
напряжение на стороне НН будет равно 690 в; при со-
единении х—с, у—а и z—b схема соединения обмоток
трансформатора будет Y/Д-11 и напряжение стороны НН
будет составлять 400 в.
Концы обмоток НН а, Ь, с трансформатора выведены
на зажимы воздушного автоматического выключателя,
установленного в ячейке линейного автомата, через ко-
торый напряжение 400 или 690 в подается в сеть низко-
го напряжения. К выводам низкого напряжения подстан-
ции /ь 12, 1з возможно присоединение двух силовых ка-
белей низкого напряжения.
Схема электрической блокировки подстанции преду-
сматривает возможность включения разъединителя под-
станции только при отключенном положении масляного
выключателя питающей подстанцию линии и отключения
30
разъединителя при отключенном положении автомата
стороны НН и отключенном питании стороны ВН.
Электрическая блокировка выполнена с помощью
блок-контактов РБ1 и РБ2 (блок-контакты типа КСА),
механически связанных с блокировочной рукояткой.
Размыкающие контакты РБ1 параллельно с замы-
кающими контактами реле утечки Р2 включены в цепь
отключающей катушки ОК линейного автомата.
Размыкающие контакты РБ2 последовательно с за-
мыкающими контактами теплового реле РТ типа ТР-200
включены в цепь минимальной катушки привода ячейки
высокого напряжения УРВ-6 или РВД-6, от которой
осуществляется питание подстанции.
Механическая блокировочная связь рукоятки управ-
ления разъединителем и блокировочной рукоятки позво-
ляет проводить операции с разъединителем только в оп-
ределенной последовательности с учетом определенного
положения блок-контактов РБ1 и РБ2.
Включение и отключение разъединителя возможно
только при установке блокировочной рукоятки в поло-
жении «отключено», при котором блок-контакты РБ1
замкнуты, а РБ2 — разомкнуты.
В таком положении блок-контактов создаются сле-
дующие электрические цепи:
а)	вывод /2, отключающая катушка ОК, замкнутые
контакты РБ1 и вывод /3;
б)	разомкнутые контакты РБ2 и замкнутые контакты
теплового реле ТР-200, последовательно включенные
в цепь минимальной катушки привода масляного выклю-
чателя ячейки УРВ-6 или РВД-6, от которой осущест-
вляется питание подстанции.
При данном положении рукоятки блокировки отклю-
чающая катушка ОК воздушного автомата оказывается
под напряжением и отключает воздушный автомат, если
до этого он был включен, а разомкнутые контакты РБ2
отключают или не позволяют (благодаря катушке мини-
мального напряжения) включить масляный выключатель
питающей подстанцию ячейки УРВ-6 или РВД-6.
Установка блокировочной рукоятки в положение
«включено», при котором допускаются операции включе-
ния или отключения выключателя высокого напряжения
питающей подстанцию линии, а также включение на-
31
грузки стороны НН возможны только при включенном
положении разъединителя.
При данном положении блокировочной рукоятки кон-
такты РБ1 разомкнуты и, следовательно, размыкают
цепь катушки ОК воздушного автомата, а контакты
РБ2 замкнуты и тем самым создают условия включения
под напряжение минимальной катушки привода выклю-
чателя высокого напряжения питающей подстанцию
линии.
Описанная выше электрическая блокировка (связан-
ная с механической) предохраняет обслуживающий пер-
сонал от неправильных переключений при работе под-
станции.
Защита подстанции от длительных недопустимых пе-
регрузок и, следовательно, от чрезмерного перегревания
активной части трансформатора осуществляется тепло-
вым реле типа ТР-200, размыкающие контакты которого
последовательно с блок-контактами РБ2 включены в цепь
минимальной катушки привода масляного выключателя
(ячейки УРВ-6 или РВД-6) питающей ТП линии.
• При повышении температуры воздуха внутри кожуха
трансформатора выше допустимых пределов происходит
размыкание контактов температурного реле ТР-200, че-
рез минимальную катушку привода ячейки УРВ-6 или
РВД-6 перестает проходить ток; выключатель высокого
напряжения отключается, прекращая питание подстан-
ции со стороны ВН.
Защита трансформаторной подстанции от коротких
замыканий и недопустимых толчков тока в сети низкого
напряжения осуществляется максимальными расцепите-
лями КМР автомата на стороне НН.
Защита от замыканий на землю и контроль за состоя-
нием изоляции на стороне НН подстанции осуществля-
ются при помощи реле утечки, применение которого для
защиты сетей низкого напряжения является обязатель-
ным в угольных и сланцевых шахтах.
В трансформаторной подстанции ТСШВП применено
реле утечки типа РУВ-2 без взрывобезопасной оболочки.
Выемная часть реле утечки встроена в ячейку линей-
ного автомата. Реле утечки предназначено для отключе-
ния трехфазной сети с изолированной нейтральной точ-
кой при снижении общего сопротивления сети ниже
32
в данных условиях зазем-
Рис. 3-3. Схема действия реле
утечки.
определенной (в зависимости от напряжения) величины
и при замыканиях на землю.
Применение реле утечки предотвращает:
1) опасность поражения электрическим током в слу-
чаях прикосновения человека к частям подстанции:
а)	проводнику, нормально находящемуся под напря-
жением;
б)	случайно оказавшемуся под напряжением корпу-
су подстанции в случае, если
ление не оказывает защит-
ного действия;
2)	опасность воспламе-
нения электрооборудования
от воздействия токов утечки
на землю;
3)	опасность преждевре-
менного воспламенения
электродетонаторов (при
проведении зарядки шпу-
ров) от воздействия токов
утечки;
4)	развитие поврежде-
ния работающего электрооборудования с отсыревшей
или неисправной изоляцией-
5)	чрезмерное нагревание и сквозное прожигание
взрывобезопасных оболочек под действием устойчивой
электрической дуги, возникающей между проводником
и оболочкой.
Кроме того, реле утечки снижает вероятность воспла-
менения рудничного газа и угольной пыли от воздействия
токов утечки.
Рассмотрим принцип действия реле утечки.
В простейшем виде схема защиты РУВ представлена
на рис. 3-3.
Реле Р, осуществляющее защиту от утечек в сети
переменного тока, питается постоянным током от неза-
висимого источника энергии.
До тех пор, пока изоляция фазы А линии не повреж-
дена, постоянный ток через реле Р не проходит.
Если произойдет повреждение изоляции фазы А и
появится утечка тока через поврежденную изоляцию,
возникает замкнутая цепь: отрицательный полюс источ-
ника постоянного тока Е, катушка реле Р, место по-
3—472	33
вреждения фазы А (утечка), земля, отрицательный по-
люс источника постоянного тока Е.
Если сопротивление места повреждения мало, т. е.
снижение сопротивления изоляции является опасным,
то ток в этой цепи окажется достаточным для срабаты-
вания реле Р.
Реле Р замыкает свои контакты, которые включают
отключающую катушку ОК автомата, присоединенного
к источнику переменного тока, и тем самым автомат от-
ключает поврежденный
участок сети низкого на-
пряжения.
Однако при примене-
нии такой схемы не все-
гда удалось бы осуще-
ствить защиту от повреж-
дения в любой из трех
фаз сети; кроме того, ре-
ле Р находилось бы по-
стоянно под напряжением
переменного тока относи-
тельно земли.
В действительности
для реле утечки РУВ
применена схема, представленная на рис. 3-4, являю-
щаяся принципиальной схемой РУВ. Постоянный ток
для питания реле Р по рассматриваемой схеме получают
с помощью селенового выпрямителя В, питаемого от се-
ти переменного тока через трансформатор Тр. Реле Р
через трехфазный дроссель Др присоединено ко всем
трем фазам сети.
Во всем остальном действие этой схемы подобно дей-
ствию схемы, описаной выше.
Действительная (рабочая) схема РУВ, входящая
составной частью в схему защиты подстанции (рис. 3-2),
отличается от принципиальной схемы наличием ряда
дополнительных элементов. Кроме того, здесь совмеще-
ны дроссель Др и трансформатор Тр.
Защита от утечек, осуществляемая РУВ, работает
на постоянном токе, получаемом от выпрямителя В, пи-
тающегося от сети переменного тока через вторичную
обмотку трансформатора-дросселя ТД.
До тех пор пока повреждения изоляции сети отсут-
34
ствуют, ток через реле Р не проходит. После возникнове-
ния повреждения изоляции в одной, двух или во всех
трех фазах возникает постоянный ток через реле Р и
землю.
Если сопротивление изоляции сети снижается до пре-
дельно допустимой (опасной) величины, постоянный
ток, текущий через реле Р, достигает отключающей ве-
личины, реле Р срабатывает и замыкает свои замыкаю-
щие контакты Р2 в цепи отключающей катушки ОД и
автомат отключает поврежденный участок сети низкого
напряжения.
Вторая пара контактов реле Р1, шунтирующих кон-
денсатор С, служит для блокировки реле после сраба-
тывания во избежание подгорания его контактов при
перемежающемся замыкании.
Компенсация емкостного тока замыкания на землю
при помощи индуктивности дросселей тем более эффек-
тивна, чем меньше активное сопротивление цепи дроссе-
лей, для чего применен конденсатор С емкостью 2 мкф.
Кроме того, конденсатор С служит для снижения вели-
чины переменного тока, проходящего через реле Р и ис-
кажающего тем самым характеристики защиты.
Кнопка «проверка» служит для контроля исправно-
сти работы реле. При нажатии на кнопку создается пред-
намеренное замыкание на землю, при котором в соответ-
ствии с вышеизложенным реле утечки должно четко сра-
ботать и отключить сеть низкого напряжения.
Для освещения шкалы омметра и шкал амперметра
и вольтметра к трансформатору-дросселю ТД подклю-
чена осветительная лампа Л.
Для измерения напряжения и тока на стороне НН
подстанции установлены малогабаритный вольтметр V,
включенный через дополнительное сопротивление, и ам-
перметр А.
Освещение места установки подстанции осуществля-
ется от встроенного осветительного трансформатора ТО
типа ОСО-025, концы вторичной обмотки которого Оу и
02 выведены в вводную коробку ячейки автомата.
Осветительный трансформатор позволяет произво-
дить подключение одного взрывобезопасного светильни-
ка типа РЛВ-15.
Установка светильника наиболее целесообразна над
подстанцией, на верхней крепи выработки.
3*	35
3-3. КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
Трансформатор подстанции трехфазный, угвухобмо-
точный с естественным воздушным охлаждением выпол-
нен на изоляционных материалах классов Н и С, по-
дробное описание и характеристики которых даны
в гл. 4.
Рис. 3-5. Активная часть трансформатора.
1 — магнитопровод; 2 — обмотки ВН; 3 — прессующее кольцо; 4 — регулиро-
вочные ответвления обмотки НН; 5 — прессующие болты; 6 — панель регули-
ровочных ответвлений; 7 — отводы НН; 8 — планки Для крепления отводов.
На рис. 3-5 представлена активная часть трансфор-
матора, показанная в процессе сборки и установленная
на технологические колодки.
Обмотки трансформатора (рис. 3-6) изготовляются
из провода марки ПСДК с двойной пропиткой в крем-
нийорганическом лаке ЭФ-ЗБСУ или К-47 с запеканием
и последующим покрытием обмоток кремнийорганиче-
ской эмалью ПРКЭ-14.
Тип обмоток: ВН — непрерывная (за исключением
трансформаторов мощностью 135 ква и менее, где целе-
сообразна цилиндриечская многослойная обмотка ВН
из круглого провода), намотанная на нагревостойком
36
стеклотекстолитовом цилиндре; НН — цилиндрическая,
слоевая.
В качестве межкатушечной изоляции обмоток ВН
применены прокладки из стеклотекстолита СТК-71,
укрепленные на стеклотекстолитовых рейках. Изоляция
Рис. 3-6. Обмотки трансформатора,
/—обмотка ВН; 2 —обмотка НН.
переходов осуществляется стекло ми канитом Г2ФК1.
В настоящее время ведется работа по замене стекло-
текстолитовых прокладок и реек на прессованные из
пресс-композиции К71-т и из других пресс-материалов,
что позволяет снизить стоимость изоляции.
Межслоевая изоляция обмоток НН выполняется из
листового стекломиканита Г2ФК1 толщиной 0,25 мм.
Для лучшего охлаждения в обмотках НН предусмотре-
ны вертикальные каналы. Выравнивание торцов обмо-
ток НН выполняется стеклотекстолитовыми кольцами.
Бандажировка обмоток НН осуществляется липкой
стеклолентой.
Для ярмовой изоляции обмоток ВН и НН приме-
няются специальные фарфоровые прокладки, закреп-
ляемые на концах реек обмотки.
37
Магнитопровод трансформатора (рис. 3-7) стержне-
вого типа с косыми стыками на крайних стержнях на-
бирается из пластин высококачественной холодноката-
ной стали с двукратным покрытием кремнийорганиче-
ским лаком.
Рис. 3-7. Магпитопровад трансформатора шахтной взрывобезопас-
ной подстанции типа ТСШВП-180/6.
I — ннжнне ярмовые прессующие балки; 2 — прессующие шпильки; 3 — стяж-
ные шпильки; 4 — верхние прессующие балки.
Ярмовые прессующие балки магнитопровода изго-
товляются из угловой стали, причем на нижних балках
под каждый слой прокладок обмотки приварены спе-
циальные швеллеры, позволяющие осуществить лучший
доступ охлаждающего воздуха к внутренним частям
обмотки и магнитопровода.
Ответвления трансформатора выполняются голой
медью, изолированной липкой стеклолентой.
Прессовка обмоток осуществляется прессующими
кольцами.
Отводы крепятся стеклолентой в пазах стеклотексто-
литовых планок, установленных на верхних и нижних
консолях,
38
Панель регулировочных ответвлений изготавливается
из стеклотекстолита и закрепляется также па ярмовых
балках магнитопровода. После запайки схемы соедине-
ний и сушки активная часть трансформатора покры-
вается эмалью ПРКЭ-14.
Рис. 3-8. Кожух трансформатора шахтной взрывобезопасной
трансформаторной подстанции.,
/ — наружные охлаждающие пластины; 2 — внутренние охлаждающие
пластины: 3 — кронштейны для закрепления активной части трансфор-
» матора; 4— люк для доступа к панели регулировочных ответвлений;
5—фланец е резьбовыми отверстиями.
Активная часть трансформатора устанавливается
в кожух и закрепляется четырьмя болтами к специаль-
ным угольникам.
Кожух трансформатора- (рис. 3-8) выполняется свар-
ным цилиндрической формы с приваренными для уве-
личения охлаждающей поверхности внутренними и на-
ружными пластинами (ребрами).
Форма пластин выбрана с учетом минимального от-
хода листовой стали.
Для крепления к кожуху трансформатора ячеек
с разъединителем и автоматом по его торцам приваре-
ны фланцы с резьбовыми отверстиями.
39
Для доступа к панели регулировочных ответвлений
предусмотрен люк 4 (рис. 3-1), закрывающийся крыш-
кой, в которой имеется канавка для уплотняющей рези-
новой прокладки.
Спуск конденсирующейся внутри кожуха влаги осу-
ществляется через два водоспускных устройства, уда-
ляющих конденсат из кожу-
4
—«Д'-
ха при работе трансформа-
тора, не нарушая при этом
его взрывобезопасности.
В настоящее время для
удаления конденсата на ко-
жухе трансформатора уста-
навливаются кварцевые
пробки, предложенные Л. Я.
Поляковым и П. А. Коло-
дочкой (МакНИИ).
Водоспускное устройство
(рис. 3-9) представляет со-
бой стальной патрубок с дву-
мя латунными решетками
толщиной 4 мм каждая, про-
странство между которыми
заполнено дробленым квар-
цитом с размерами зерен от
2,5 до 3 мм, находящихся
в уплотненном состоянии,
вварено стальное дно. на ко-
втулка, удерживающая ниж-
Рис. 3-9. Водоспускное устрой-
ство с кварцевым заполните-
лем.
/ — стенка кожуха трансформатора;
2 — корпус водоспускного устрой-
ства; 3— водоспускные отверстия;
4 — втулка; 5 — латунные решетки;
6 — кварцевая засыпка; 7 — стопор-
ное кольцо.
В нижней части патрубка
торое опирается стальная
нюю решетку.
Верхняя решетка свободно садится на кварцевую за-
сыпку и закрепляется пружинным кольцом. Слой уплот-
ненного кварцита между решетками должен составлять
не менее 40 мм.
Такая конструкция пробки, как показали опыты, про-
веденные в МакНИИ, не дает передачи взрыва в на-
ружную атмосферу.
К кожуху трансформатора приварена рама, на ко-
торой смонтированы две свободно посаженные оси
с катками и буфера с прицепным устройством.
Ширина колеи подстанции составляет 600 или
900 мм. Необходимый размер колеи устанавливается
с помощью дистанционных втулок, имеющихся на осях.
40
Внутренняя поверхность кожуха окрашена дуго-
стойкой эмалью КВД.
Для проверки прочности и герметичности кожух пос-
ле сварки испытывается гидравлическим избыточным
давлением 8 ат.
Для обеспечения лучшей теплопроводности как на-
ружные, так и внутренние охлаждающие пластины при-
варены сплошным швом.
3-4. ЯЧЕЙКА ЛИНЕЙНОГО АВТОМАТА
Ячейка линейного автомата предназначена для под-
ключения потребителей электроэнергии к подстанции,
защиты трансформатора подстанции от коротких замы-
каний и недопустимых толчков тока в сети низкого на-
пряжения, защиты от замыканий на землю и контроля
состояния изоляции сети низкого напряжения, а также
для измерения напряжения и тока на стороне НН под-
станции.
Как это видно из рис. 3-10 и 3-11, ячейка линейного
автомата состоит из сварной стальной взрывобезопас-
ной оболочки и встроенных в нее аппаратов управления
и зашиты и измерительных приборов согласно схеме
стороны НН подстанции.
Взрывобезопасная оболочка разделена на два отсе-
ка: нижний отсек, где устанавливаются аппараты и при-
боры, и верхний отсек для ввода и подключения сило-
вых и контрольных кабелей, называемый обычно ввод-
ной коробкой.
Конструкция вводной коробки предусматривает воз-
можность присоединения двух силовых гибких кабелей
сечением до 3X70 мм2 и двух контрольных кабелей се-
чением 3X2,5 мм2.
Кабели вводятся через специальные кабельные муф-
ты 3, 4 (рис. 3-11).
Для удобства эксплуатации конструкция вводной ко-
робки и кабельной муфты позволяет осуществлять при-
соединение силовых кабелей как с боковых сторон ввод-
ной коробки, так и с ее торца, для чего необходимо
установить кабельные муфты <? в требуемом месте, за-
глушив два других вводных отверстия крышками 5.
Для возможности подключения силовых и контроль-
ных кабелей вводная коробка сверху закрывается от-
кидной крышкой с болтовым креплением.
41
Присоединение силовых кабелей сети низкого на-
пряжения производится к линейным выводам 6 сторо-
ны НН подстанции, размещенным во вводной коробке.
Выводы выполнены с помощью проходных изоляго-
Рис. 3-10. Ячейка линейного автомата с открытой
крышкой.
1 — металлическая оболочка ячейки; 2 — панель с реле утеч-
ки и измерительными приборами; 3 — вводная коробка; 4 —
крышка вводной коробки; 5 — кабельная муфта для кон-
трольных кабелей; 6 — кабельная муфта для силовых кабе-
лей; 7 — автоматический воздушный выключатель; 8 — крыш-
ка отсека с аппаратами.
42
Рис. 3-11. Ячейка линейного автомата.
J — яеталлнческая оболочка; 2—вводная коробка; 3—кабельная муфта для силовых кабелей; 4—то же для контрольных кабелей;
5—крышка: 6—вводы НН; 7—соединительные провода; 5—воздушный автоматический выключатель; 9—проходные изоляторы;
10— рукоятка управления; //—панель с реле утечки и измерительными приборами; /2—осветительный трансформатор; 13—перед-
S	няя крышка; 14—блокировочная заслонка; 15 — блокировочный винт.
ров с медными шпильками, нижние концы которых по-
средством гибких одножильных кабелей 7 соединены
с автоматическим воздушным выключателем 8.
В качестве включающего и отключающего аппарата
в ячейке линейного автомата установлен воздушный
автоматический выключатель типа АВ-15у, закреплен-
Рис. 3-12. Панель реле утечки с измерительными приборами.
t—вольтметр; 2 — амперметр; 3— добавочное сопротивление к вольтметру,
4 — переходная колодка зажимов; 5 — колодка зажимов реле утечки; б кноп-
ка проверки; 7 — плавкие предохранители; 8 — килоомметр.
ный на задней стенке оболочки на специальных бобыш-
ках.
Верхние выводы автоматического выключателя через
проходные изоляторы 9 подсоединяются к стороне НН
трансформатора.
Включение и отключение автомата осуществляется
рукояткой 10, выведенной на наружную часть взрыво-
безопасной оболочки.
Выемная часть реле утечки РУВ-2 (рис. 3-12) за-
креплена на стальной панели, где также установлены
амперметр, вольтметр с добавочным сопротивлением,
плавкие предохранители для защиты осветительного
трансформатора и переходная коробка зажимов.
44
Панель 11, (рис. 3-11) на которой расположены реле
утечки с измерительными приборами, установлена на
металлических кронштейнах, приваренных к задней стен-
ке оболочки. На этих же кронштейнах установлен и
осветительный трансформатор 12 типа ОСО-025.
Для проведения монтажа, осмотра и ремонта встро-
енных аппаратов с торца ячейки имеется откидная
крышка 13 со смотровыми окнами, позволяющими вести
наблюдения за показаниями килоомметра, амперметра
и вольтметра, и кнопка «проверка» для проверки рабо-
ты реле утечки. Крепление крышки к корпусу произво-
дится при помощи болтовых соединений.
На крышке предусмотрена механическая блокиров-
ка, не позволяющая открывать ее при включенном по-
ложении воздушного автоматического выключателя.
Механическая блокировка выполнена с помощью за-
слонками 14, которая, двигаясь благодаря имеющимся
в ней пазам, может открывать или закрывать доступ
к двум болтам крышки ячейки автомата и блокировоч-
ного винта 15.
При отключенном положении автоматического вы-
ключателя блокировочный винт 15 при его завинчива-
нии входит в специальный паз блокировочного диска,
закрепленного на валу автомата, и тем самым запирает
его, предотвращая возможность дальнейшего поворота.
Входя в паз блокировочного диска, винт выходит из
гнезда заслонки и тем самым не мешает ее передвиже-
нию в пазах, что позволяет получить доступ к двум за-
крытым заслонкой болтам и открыть крышку.
При включенном положении автомата винт упирает-
ся в поверхность блокировочного диска и не может быть
утоплен в гнезде заслонки, что делает невозможным ее
перемещение и не позволяет отвинтить два оставшихся
болта и открыть крышку.
Присоединение ячейки линейного автомата осуще-
ствляется с помощью фланцевого соединения на болтах.
Внутренняя поверхность взрывобезопасной оболочки
окрашена дугостойкой эмалью КВД.
3-5. ЯЧЕЙКА РАЗЪЕДИНИТЕЛЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Ячейка с разъединителем предназначена для созда-
ния видимого разрыва цепи высокого напряжения и со-
стоит из стальной взрывобезопасной оболочки и встро-
45
енного в оболочку трехполюсного разъединителя с при-
водом.
Встроенный разъединитель допускает отключение
тока холостого хода трансформатора подстанции.
Номинальное напряжение разъединителя подстанции
типа ТСШВП составляет 6 кв, номинальный ток равен
75 а.
Включение и отключение разъединителя осуществ-
ляется ручным пружинным йриводом; время отключения
разъединителя составляет не более 6 периодов. Общий
вид ячейки с разъединителем представлен на рис. 3-13.
Взрывобезопасная оболочка / ячейки с разъедините-
лем, так же как и ячейки с автоматом, состоит из двух
отсеков: вводной коробки и отсека для разъединителя.
Ножи разъединителя 2 смонтированы на проход-
ных изоляторах 3, к токоведущим шпилькам которых
с другой стороны присоединены отводы ВН трансфор-
матора.
Неподвижные контакты разъединителя установлены
на опорных изоляторах 4 и с помощью шин 5 и про-
ходных изоляторов 6, одновременно служащих вво-
дами высокого напряжения, выведены во вводную ко-
робку.
Между ножами разъединителя установлены меж-
фазные изоляционные перегородки 7, которые сверху
перекрываются изолирующим листом 8, предотвращаю-
щим возможный переброс дуги с ввода на нож разъ-
единителя при отключении разъединителем тока холо-
стого хода трансформатора.
Включение и отключение ножей разъединителя осу-
ществляется специальными тягами 9, шарнирно соеди-
ненными одним концом с ножом разъединителя, а дру-
гим— с рычагом 10, приваренным к валу разъедини-
теля //.
Вал разъединителя установлен в подшипниках, за-
крепленных на внутренних стенках взрывобезопасной
оболочки, и поворачивается на необходимый для вклю-
чения или отключения ножей разъединителя угол пру-
жиной 12, заводимой через систему рычагов рукояткой
управления разъединителем 13.
Кабель высокого напряжения вводится во вводную
коробку разъединителя через специальную кабельную
46
Рис. 3-13. Ячейка с разъединителем.
/—оболочка разъединителя; 2— ножи разъединителя; 3 — проходные изоляторы; 4—опорные изоляторы с неподвижными контак-
тами; 5—соединительная шика; 6—вводы ВН; 7—межфазные перегородки; 8—изолирующий ляст; 5—тяга; 10—рычаг; 11—вал
разъединителя; 12— приводная пружина; 13— рукоятка управления; 14 — кабельная муфта; 15 — крышка.
муфту 14, которая допускает присоединение одного гиб-
кого кабеля высокого напряжения сечением 3X35 мм2.
Предусмотрена также возможность присоединения
к стороне ВН подстанции бронированным кабелем
посредством специальной кабельной воронки, имею-
щейся в комплекте 'запасных частей подстанции
При присоединении подстанции бронированным ка-
белем муфта 14 снимается и на ее место устанавливает-
ся запасная кабельная воронка.
Для возможности подключения кабеля высокого на-
пряжения к вводам подстанции вводная коробка
сверху закрывается откидной крышкой с болтовым
креплением.
Для возможности проведения монтажа, осмотра и
регулировки разъединителя и его приводного механиз-
ма взрывобезопасная оболочка с торца закрывается
крышкой 15 с двумя смотровыми отверстиями для ви-
зуального наблюдения за положением ножей разъеди-
нителя; крепление крышки к корпусу разъединителя
производится болтами; для большего удобства крышка
закреплена на петлях.
На крышке предусмотрена механическая блокиров-
ка, не позволяющая открывать крышку при включенном
разъединителе.
Устройство механической блокировки разъединителя
показано на рис. 3-14. Механическая блокировка выпол-
нена в виде специальной заслонки /, которая при
включенном положении разъединителя закрывает до-
ступ к крепящим болтам и тем самым не позволяет от-
крыть крышку.
Передвижение заслонки в положение, позволяющее
вывернуть крепящие крышку болты, возможно только
при ввернутом (утопленном) положении блокировочно-
го винта 13, который может быть ввернут только при от-
ключенном положении разъединителя. При этом блоки-
ровочный винт 13 входит в специальный паз диска 12
на валике привода разъединителя 17 и тем самым запи-
рает его для предотвращения дальнейшего поворота.
При включенном положении разъединителя блокировоч-
ный винт 13 упирается в цилиндрическую поверхность
диска 12 и не может быть ввернут. При этом выступаю-
щая (наружная) часть блокировочного винта 13 не дает
возможности перемещения заслонки в положение, при
48
котором открывается доступ к крепящим крышку бол-
там, и этим не позволяет открыть последнюю.
Следует отметить, что взрывобезопасные силовые
трансформаторы и передвижные трансформаторные
подстанции уже ряд лет выпускаются иностранными
Рис. 3-14. Механическая блокировка ячейки с разъединителем.
1 — заслонка; 2 — крышка; 3 — блокировочная рукоятка; 4 — металли-
ческая оболочка разъединителя; 5 — блокировочный валик с диском;
6 — пружина привода разъединителя; 7 — блок-коитакты типа РБ5;
8 — нож разъединителя; 9 — изоляционная тяга; 10 — поводок; 11 — сек-
тор вала главной рукоятки; 12 — блокировочный диск вала главной
рукоятки; 13 — блокировочный винт; 14 — вал разъединителя; 15 — не-
подвижный контакт; 16 — главная рукоятка управления разъедините-
лем; 17 — вал главной рукоятки; 18 — стопорный болт.
фирмами и находят широкое применение на шахтах
в ряде стран Западной Европы. Бельгийская фирма
АСЕС выпускает взрывобезопасные трансформаторы и
трансформаторные подстанции с трансформаторами на
кремнийорганической изоляции с естественным воздуш-
ным охлаждением мощностью 160—340 ква (рис. 3-15).
Магнитопровод трансформатора стержневого типа
4—472	49
с косыми стыками на всех трех стержнях и набирается
из холоднокатаной стали «гиперсиль» с жаростойким
покрытием.
Расположение обмоток на стержнях концентриче-
ское; тип обмоток: НН — цилиндрическая, слоевая;
ВН —-непрерывная.
Характерной особенностью обмотки высшего напря-
жения является применение керамики для прокладок
Рис. 3-15. Взрывобезопасный трансформатор бельгийской
фирмы АСЕС.
межкатушечной изоляции и керамических стержней для
их крепления, что значительно сокращает применение
дорогостоящей изоляции на кремнийорганике. Обмотки
ВН наматываются на стекломиканитовые цилиндры
с кремнийорганическим связующим веществом. Изоля-
ция ответвлений, как правило, выполняется трубками из
кремнийорганической резины. Ответвления закреплены
в гетинаксовых планках.
Трансформаторные подстанции со стороны высшего
напряжения оборудуются трехполюсным разъедините-
лем с ручным мгновенным приводом, со стороны НН —
воздушным автоматом с измерительными приборами
(амперметром и вольтметром). Однако следует отме-
тить, что взрывобезопасные подстанции фирмы АСЕС
50
не полностью удовлетворяют нашим нормам на взры-
вобезопасное оборудование. Чехословацкий завод BEZ
(Братислава) и французская фирма «Мерлен — Жерен->
выполнили требование взрывобезопасности конструк-
ции трансформатора путем помещения активной части
трансформатора в кварцевый песок. Фирма Мерлен —
Жерен изготовляет трансформаторы и трансформатор-
ные подстанции мощностью 100—400 ква (рис. 3-16).
Рис. 3-46. Взрывобезопасная трансформаторная подстанция
с трансформатором, заполненным кварцевым песком, фирмы
Мерлен — Жерен.
Магнитопровод трансформатора трехфазный, стерж-
невого типа и набирается из электротехнической стали
высокой магнитной проницаемости.
Обмотки трансформатора — чередующиеся из двой-
ных дисковых катушек, намотанных из прямоугольного
провода с высокопрочной эмалевой изоляцией. Межка-
тушечная изоляция выполнена путем набора пропитан-
ных шайб из электрокартона. Для лучшего отвода теп-
ла от обмоток ВН и НН между ними проложены зазем-
ленные алюминиевые листы, перекрывающие своими
концами волновую поверхность бака трансформатора.
Трансформатор заполняется кварцевым песком, про-
мытым и очищенным от посторонних примесей, с зер-
4*	51
нами фракций 0,5—1 мм. Взрывозащитная толщина
слоя кварцевого песка над токоведущими частями со-
ставляет в этих конструкциях 150—160 мм.
Со стороны ВН трансформаторные подстанции обо-
рудуются разъединителем мощности с ручным мгновен-
ным приводом, а со стороны НН — воздушным автома-
том с измерительными приборами и защитными аппа-
Рис. 3-17. Взрывобезопасный трансформатор фирмы Симменс.
ратами. Характерной особенностью аппаратов, встраи-
ваемых ib ячейку автомата, является штепсельное при-
соединение автомата и реле утечки к силовой и защит-
ным цепям, что позволяет произвести быструю замену
вышедшего из строя аппарата или прибора.
Подстанция передвигается на шести катках, причем
передняя пара катков установлена на поворотной те-
лежке, шарнирно связанной с несущей рамой подстан-
ции. Недостатками подстанции, так же как и трансфор-
матора, являются значительный их вес и сложность из-
готовления и ремонта активной части.
Характерной особенностью (взрывобезопасных сухих
трансформаторов фирмы AEG и Simens Schuckert яв-
ляется применение кожухов трансформаторов, выпол-
ненных из гофрированной стали (рис. 3-17).
52
Рис. 3-18. Взрывобезопасная трансформаторная подстанция
фирмы Браш.
53
В английской практике довольно широкое распро-
странение находят передвижные трансформаторы с мас-
ляным заполнением.
Фирмы Bruce Peebls Suginers, British Thomson —
Hauston и др. изготавливают шахтные масляные транс-
форматоры для бескамерной установки в выработках со
свежей струей воздуха, что является, однако, весьма
рискованным в отношении пожаробезопасности. По анг-
лийским нормам трансформаторы, имеющие упрочнен-
ный кожух и объем масла, не превышающий 250 л, от-
носятся к категории взрывобезопасных.
В последние годы ряд английских фирм (Метрополи-
тен-Виккерс, Браш) начал выпуск передвижных шахт-
ных подстанций с сухими трансформаторами на изо-
ляции класса Н. Общий вид трансформаторной под-
станции во взрывобезопасном исполнении фирмы Браш
представлен на рис. 3-18.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
МАТЕРИАЛЫ СУХИХ ШАХТНЫХ
ТРАНСФОРМАТОРОВ. СРОК СЛУЖБЫ ИЗОЛЯЦИИ
ТРАНСФОРМАТОРА
4-1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Как указано выше, согласно «Правилам безопасности в уголь-
ных и 1слаицевых шахтах» {Л. 5] для шахтных с воздушным охлаж-
дением трансформаторов допускается применение только нагрево-
стойкой и влагостойкой изоляции класса Н .(СВ). Это требование
объясняется, с одной стороны, тем, что согласно указанным .Пра-
вилам электрооборудование -должно быть рассчитано на работу
в условиях высокой относительной влажности, достигающей 93%.
при температуре +35° С. Шахтный трансформатор с естественным
воздушным охлаждением не является герметичным; резиновые уплот-
нения фланцев (предохраняют только от 'проникновения пыли и
шахтных вод (капежа). При достаточном уменьшении нагрузки или
отключении трансформатора возможна конденсация влаги .на актив-
ных частях.
С другой стороны, требование к нагревостойкости изоляции
обусловлено тем, что ограничения по габаритам шахтных транс-
форматоров и трудности охлаждения вынуждают допускать при
длительном номинальном режиме температуры до 200—210° С. Огрз-
54
ничейные возможности воздушного охлаждения обусловливают так-
же применение для шахтных сухих трансформаторов высококаче-
ственной текстурованной электротехнической стали с наиболее низ-
кими удельными потерями.
Для трансформаторов с заполнением кварцевым песком обмот-
ки выполняются «проводом с изоляцией эмалевой или стекловолок-
нистой не .ниже класса Е (АВ), в частности из провода марки ПСД
по ГОСТ 7019-54.
Для изоляции обмоток от мапнитолровода трансформатора
с кварцевым заполнением .применяются бумажко-бакелитовые ци-
линдры. Изоляции катушек от заземленных охлаждающих пластин
и межкатушечная изоляция выполняются из фибры толщиной
0,5—2 мм или влектрокартона марки ЭВ с «последующей пропиткой.
С ростом мощности в единице для трансформаторов с кварцевым
заполнением требуется повышение класса |На«гревостой'кости изоля-
ционных материалов вследствие трудностей, связанных с охлаж-
дением.
Изоляция обмоток трансформаторов с кварцевым заполне-
нием, выпускаемых заводом IBEZ .(ЧССР, Братислава), выполняется
с помощью заливки катушек эпоксидным .компаундом во вращаю-
щейся форме, что позволяет сократить толщину изоляции и улуч-
шить охлаждение.
Для заполнения таких трансформаторов .применяется кварцевый
песок с округлой формой зерен. Содержание кремнезема (SiO2)
в теске должно быть не .менее 98,6%, глинозема i(A12O3) «не более
0.45%, .Ее20з не более 0Д8%„ Не менее 75% объема материала
должны составлять зерна «фракций 0,5—:1 мм.
(Песок должен быть тщательно очищен от «посторонних меха-
нических примесей, особенно от металлических и органических ча-
стиц, промыт и просушен. Для защиты трансформатора от увлажне-
ния песок обрабатывается гидрофобизирующими жидкостями^
Остальные материалы, .используемые в трансформаторах с квар-
цевым заполнением, широко .распространены в .практике электрома-
шиностроения, .и их данные излагаются в соответствующих справоч-
никах и пособиях.
4-2. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ
МАГНИТОПРОВОДОВ
а)	Электротехническая сталь
В магнитотроводах шахтных трансформаторов «применяется вы-
сококачественная электротехническая холоднокатаная сталь тол-
щиной 0,35 мм марок Э-330 и Э 330 А по ГОСТ 802-58. Для стали
марки Э 330 толщиной 0,35 мм удельные «потери при .индукциях
1,0 • 10*, «1,5 • 104 и 1,7 • 104 гс составляют соответственно 0,6, 1,3 и
1,9 вт]кг.
Для стали Э-330 А той же толщины, при тех же индукциях
удельные потери составляют соответственно 0,5, 1,1 и 1,6 вт/кг. Со-
держание кремния в холоднокатаной стали составляет 2,8—3,5%,
удельный вес 7,65 г/сл3. Согласно ГОСТ S02-58 холоднокатаная
сталь толщиной 0,35 мм «поставляется .в листах 240 X 1 500, 750 X
X 1 500, (1 000 X 2 000 мм или в рулонах той же ширины.
55
б)	Лак для изолирования пластин
Для изолировки пластин электротехнической стали в шахтных
сухих трансформаторах .применяют кремнийорганический лак марки
К-7142.
Лак 'К-71-С .представляет собой раствор 'продуктов гидролиза
частично этерифицированного метилтрихлорсилана в органических
растворителях. Для разбавления лака 'применяется керосин.
Цвет лака—от желтого до коричневого; лак -представляет собой
однородный раствор без .механических 'примесей.
Электрическая прочность пленки лака при температуре 20° С—
-не менее 60 же /-мм и не менее 30 кв!мм при 1200° С. После пребыва-
ния в течение .24 ч в атмосфере 95±3% относительной влажности
электрическая прочность должна быть не ниже 35 кв[мм.
Электрическое сопротивление лаковой пленки проверяется па
стандартных пакетах в прессе под давлением 540 кГ. Стандартный
пакет состоит из 40 полос дважды лакированной стали размерами
30 X 300 мм. Сопротивление стандартного пакета должна быть не
менее 500 ом.
С целью проверки термостабильиости лакового покрытия К-71-С
производилось периодическое измерение сопротивления стандартного
пакета при тепловом старении. После 6 400 ч пребывания при тем-
пературе 220° С стандартный пакет имел величину сопротивления
500 ком, лаковая пленка в течение 'всего опыта сохранила свой
блеск .и первоначальный оттенок.
'Несмотря на -высокие изоляционные -качества покрытия лаком
К-71-С, химические и термохимические методы изолирования стали
(фосфатирование, оксидирование и др.) обладают рядом суще-
ственных преимуществ. К их числу относится малая стоимость
«материала» покрытия, незначительная его толщина и как след-
ствие более высокий коэффициент заполнения сечения .магнитопро-
вода, а также большая теплостойкость.
В настоящее время разработаны тонкие теплостойкие изоляци-
онные покрытия, выдерживающие температуру отжига пластин и
не повреждающиеся при резке и штамповке. Такие покрытия более
перспективны, особенно при применении рулонной стали.
4-3. ОБМОТОЧНЫЙ И УСТАНОВОЧНЫЙ ПРОВОДА
Для намотки обмоток сухого шахтного трансформатора приме-
няется обмоточный медный провод марки ПСДК. Он представляет
собой медную проволоку круглого или прямоугольного сечения,
изолированную двумя слоями бесщелочного стекловолокна с при-
менением для подклейки и пропитки •кремнийорганического лака
К-44.
.Изоляция провода -ПСДК обладает высокими 'нагревостойко-
стью и влагостойкостью.
Максимальная толщина изоляции .в зависимости от размеров
провода указана в табл. 4-1.
Максимальная толщина изоляции на меньшей стороне сечения
провода может превосходить указанные в табл. 4-4 значения вслед-
ствие местного выпучивания («бочкообразность» сечения).
56
Таблица 4-1
Провода круглые		Провода прямоугольные	
Диаметр прово- локи, мм	Максимальная толщина изоля- ции, мм	Размер меньшей стороны, мм	Максимальная толщина изоля- ции, мм
0,72—0,96	0,25	0,9—1,95	0,27
1,0—2,1	0.27	2,1—3,8	0,33
2,26 и выше	0,33	4,1—5,5	0,40
Пробивное (напряжение при 'Пробое в дроби прямого провода пэ
техническим условиям — не менее 550 в, изогнутого и запеченного
при .180° С в течение 24 ч—также не менее 550 в. По опытным дан-
ным те же величины составляют соответственно 4 000—'1 500 в и
850—1 200 в.
Провода ПСДК предназначаются для длительной работы 'при
температуре 180° С или в условиях повышенной влажности в элек-
трических машинах и аппаратах с изоляцией класса И. Провод
ПСДК допускает кратковременное .перегревание До 250—500°С
[Л. 13].
В настоящее время разработаны провода и с более высокой «а-
гревостойкостью. Провода марки ПСДКТ могут ограниченное время
(до сотен часов) работать при температурах 300—350° С. Однако
нагревание выше 250° С является нежелательным, так как медная
проволока .при этом покрывается слоем окиси меди. ‘В изоляцию
провода проникает окалина, что обусловливает снижение сопротив-
ления изоляции. Увеличение электрического сопротивления провода
после .выдерживания при 250—300° С сравнительно невелико. После
260 ч при температуре 300° С увеличение составляет по данным
испытаний около 1%.
Для монтажа вторичной коммутации ячеек ВН и .НН, а также
для ответвлений трансформатора предусмотрено применение уста-
новочных проводов марки РКГМ. Этн .провода изготовляются с се-
чением токопроводящих жил 0,75—95,0 мм2 и предназначаются для
работы при температуре до 180° С я в условиях повышенной влаж-
ности. Конструкция провода следующая: изолированные кремнай-
органической резиной на основе каучука СКТ медные жилы обма-
тываются затем резиностеклотканью марки РСК-1, покрываются
оплеткой нз стеклянной .нити и пропитываются кремнийорганическим
лаком К-95.
Толщина изоляции проводов для сечений до 4 мм2 составляет
1,25—1,75 мм ,в зависимости от сечения; для сечений 4—95 ял’ тол-
щина изоляции .равна 2—3 мм.
(Изоляция проводов марки РКГМ обладает высокой .нагрево-
и влагостойкостью. После '120 ч нагревания при 200° С во время
изгиба провода на стержень, имеющий диаметр, равный 5-крат.но-
му диаметру провода, на изоляции не должно быть трещин.
Изоляция провода должна выдерживать напряжение 2000 в
промышленной частоты после 6 ч пребывания в воде. Кроме того,
сопротивление изоляции жилы в этом случае должно -быть не менее
5 Мом/км.
57
4-4. ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
а)	Нагревостойкие цилиндры и трубки
В качестве барьера между обмотками ВН и НН применяются
нагревостойкие стеклотекстолитовые цилимдры.
Для изоляции стяжных шпилек магнитопровода, для расклиновки
обмоток и ряда других конструктивных деталей применяются .на-
гревостойкие стеклотекстолитовые трубки.
Стеклотексточитовые 'цилиндры и трубки представляют собой
намоточные .изделия, изготовленные из стеклоткани марки ЭСТБ
толщиной 0,'06—0,4 леи, пропитанной кремнийорганическим лаком
К-41 Для предохранения от впитывания .влаги торцы, внутренняя
и наружная .поверхность цилиндров и трубок дважды покрываются
лаком марки К-56 или эмалью 1ПКЭ-.19 с последующим запеканием
пленки до исчезновения отлипа.
Цилиндры для шахтных сухих трансформаторов выпускаются
длиной до 600 мм и по специальным заказам до 1 500 мм с толщи-
ной стенки от '5 до <8 мм. Толщина стенок трубок от 2 до 8 мм.
Допуск иа внутренний диаметр цилиндров от 50 до 600 мм установ-
лен ±0,5 мм, а на наружный диаметр 441,5 мм.
Основные характеристики нагревостойких цилиндров длиной до
600 мм и трубок приведены в табл. 4-12. .Электрические характери-
стики цилиндров длиной от 600 до II 500 мм несколько хуже, чем
цилиндров длиной до 600 лип В таблице они не .приводятся.
Цилиндры и трубки на лаке KJ41 предназначены для .длитель-
ной работы при температуре 180° С 1тли в условиях повышенной
влажности.
Более высокими показателями нагревостойкости обладают те
же цилиндры на лаке К-41 с за.моткой между слоями стеклослюди-
иита. Указанные цилиндры по данным испытаний ВЭИ имени
В. И. Ленина выдерживают температуру 250° С в течение более
250 ч с сохранением .на достаточно высоком уровне электрических
характеристик.
За рубежом для сухих трансформаторов с изоляцией класса Н
находят применение также гибкие изоляционные цилиндры из 'слои-
стого материала толщиной 0,8 мм, представляющего собой стекло-
волокно, пропитанное кремнийоргаиикой и запеченное под давле-
нием. .При сворачивании цилиндра между слоями прокладывается
кремнийорган-тческая резиностеклоткаиь толщиной 0,25 мм. Затем
собранная катушка пропитывается и запекается при температуре
250° С.
В связи с высокой стоимостью нагревостойких ст&тлотекстолито-
вых цилиндров ,и трубок на 'кремнийорганических связующих ве-
дутся разработки цилиндров из иных материалов. Представляет 'ин-
терес метод получения цилиндров из материала альфолит ма
основе хризотилового асбеста, обработанного монофосфатом алюми-
ния и отформованного под действием температуры и давления.
Альфолитовые цилиндры отличаются весьма высокой нагревостой-
костью, удовлетворительной механической прочностью, имеют сравни-
тельно низкую стоимость, во по диэлектрическим характеристикам
они значительно уступают намотанным стеклотекстолитовым цилинд-
рам.
58
Таблица 4~2
Физико-механические и электрические характеристики
нагревостойких стеклопластиков
Наименование характеристик	Цилиндры и трубки на лаке К-41	Стеклотекстолит листовой		
		СТК-41А	СТК-71.	СТЭФ
Плотность, г 1см3		1,4	1,6—1,8	1,6—1,8	1,75—1.8
Нагревостойкость, °C .... Теплостойкость по Мартенсу,	200	220	220	—
°C	 Удельное поверхностное со- противление после выдержки в среде с относительной влажностью 95 + 3°/о в тече-		225	225	220
ние 24 ч, ом	 Удельные объемные сопротив- ления, ом-см;	10'°	—.	—	1012
а)	в исходном состоянии б)	после выдержки в тече- ние 24 ч в среде с относительной влаж-	10’2	1012	1013	
ностью 95 + 3% .... Средняя электрическая проч- ность перпендикулярно	10"	10‘°	10’®	1012
слоям, кв!мм	 Тангенс угла диэлектрических потерь при 50 гц- а) в исходном состоянии	5	10—12	10	20
при 20° С		0,035	—	-—_	—
б) при температуре 180° С Предел прочности при растя-	0,3	0,05	0,05	—
жении. кГ!смг	 Предел прочности при стати- ческом изгибе перпендику-	—	1 000	1 000	2 000
лярно слоям, кГ/см2 .... Сопротивление раскалыванию,	—	—	—	2 500
кГ		—	100	70	300
б)	Нагревостойкий листовой стеклотекстолит
Для изготовления реек и прокладок в обмотках, межфазовых
перегородок и других деталей сухого шахтного трансформатора
применяются листовые стеклотекстолиты марок СТК-41А и СТК-71
на кремнийорганических связующих. Для планок, крепящих отводы,
применяется стеклотекстолит марки СТЭФ на эпоксидной смоле. Ха-
рактеристики листового стеклотекстолита приведены в табл. 4-2.
Стеклотекстолит СТК-41А представляет собой слоистый листо-
вой материал, изготовляемый путем торячего прессования бесщелоч-
59
ной стеклоткани, ,пропитанной кремнийорганическим лаком К-41.
Он обладает повышенными иагревостойкостью и влагостойкостью.
Недостатком стеклотекстолита СТК-Л1А является образование
трещин и сколов при его механической обработке, что является
следствием низкой клеящей и цементирующей способности связую-
щего вещества.
Стеклотекстолит на основе лака К-71 отличается несколько
меньшей электрической «прочностью, что видно по табл. 4 2, .и обла-
дает теми же 'недостатками, что и стеклотекстолит СТК-41Д. Меха-
ническая обработка этих стеклотекстолитов требует принятия ряда
мер предосторожности: .обработка ведется при пониженных подачах,
фрезеровка производится та подкладке из гети'накса или обыкновен-
ного текстолита, точение производится с зажатием материала меж-
ду прокладками, .предохраняющими его от расслаивания, и т. д.
Стеклотекстолит толщиной до й мм штампуется в холодном состоя-
нии удовлетворительно.
Детали с рабочей температурой не более 155° С изготовляются
из стеклотекстолита электротехнического марки СТЭФ, который по-
лучают методом 'горячего прессования бесщелочной стеклянной тка-
ни марки Э, пропитанной эпоксидно-фенолыюй смолой. Стеклоте-
кстолит марки СТЭФ отлетается большой механической «прочностью
и относительно стабильными диэлектрическими свойствами после
длительного пребывания 'в воде. Стеклотекстолит СТЭФ допускает
все виды 'Механической обработки без образования трещин и сколов.
в)	Стекломиканит
В качестве межслоевой изоляции обмоток ВН и НН. а также
для выполнения прокладок, коробочек на переходах обмоток и т п.
применяется гибкий .нагревостойкий стекломиканит марок .ГгФК! и
Г^ФК'И. Это гибкий в холодном состоянии листовой электроизоля-
ционный материал, состоящий из нескольких слоев щипаной слюды
флогопит, склеенных между собой и оклеенных с двух сторон
бесщелочной стеклотканью с. «помощью кремн'ийорган.ического лака
ЭФ-5. Цифра I означает повышенную электрическую прочность,
II—«нормальную электрическую .прочность.
Стекломиканит обладает хорошей .нагревостойкостью .и после
термической обработки -при 1180—200°С— высокой влагостойкостью.
Листы стекломнканита выпускаются толщиной от 0,2 до 0,6 мм
с допускаемыми отклонениями по толщине 0,05—0,08 мм.
Средняя электрическая ‘прочность .стекломиканита Г^ФКП при
200° С по данным испытаний составляет 20—123 кв/мм. Удельное
объемное сопротивление в исходном состоянии составляет
1012—hois ом-см три '20°С, ФО11—1013 ом-см три 200°С и «Ю11 ом  см
после 20 суток «пребывания в атмосфере 95% относительной влаж-
ности.
г)	Электроизоляционные стеклолакоткани и ленты
Для изолировки концов обмоток, отводов и т. д. 'применяются
теплостойкие электроизоляционные стеклолакоткани марок ЛСК-7 и
ЛСК-2 '(в качестве заменителя первой), а также резиностеклоткани.
Они изготовляются из бесщелочной стеклоткани ма.ркн Э, пропитан-
60
ной кремнийо'рга.мчгскими лаками. Для изготовления эластичной
стеклолакоткани ЛСК-7 применяется полиметилфенилсилоксановый
лак ;К-44- Для изготовления эластичной стехлолакоткани марки
Л СК 2 стеклянная ткань пропитывается кремнийорганлческой эмалью
ПРКЭ-13.
Стеклолакоткани ЛЮК 7 и ДОК-2 применяются для длительной
работы при температурах до <1180° С ,и в условиях повышенной влаж-
ности.
Резипостеклотхань марши РЛСК-11 обладает прочной упругой
пленкой, сохраняющей эластичность и электроизоляционные свой-
ства в процессе длительного старения при 200е С.
Стеклоткани и резиностеклоткани выпускаются в рулонах шири-
ной €90—720, толщиной 0,11 ±0,015, 0,15±0,025 и 0,20 ±0,03 л.и, дли-
ной ог 20 до ilOO м.
Для бандажировки применяется стеклолента электроизоляцион-
ная по ГОСТ 5937-56 или теплостойкая электроизоляционная лип-
кая лента.
Стеклолента электроизоляционная изготовляется из крученых
нитей из стекла малошелочного состава полотняным (гарнитуро-
вым) переплетением.
При толщине ленты 0Д'5±0,О15 мм разрывная нагрузка па
10 мм ширины составляет OS кГ.
Липкая стеклолента изготовляется пропиткой бесщеточной стек-
лянной ткани марки Э кремпийорганическим лаком ЭФ5Т и выпу-
скается в роликах шириной 10, 20 н 25 мм, толщиной 0,12±0,02
и 0,15±0,025 мм. Основные характеристики липкой ленты приведены
в табл. 4-3.
Таблица 4-3
Основные характеристики электроизоляционных
стеклолакотканей и лент
Наименование характеристик	Л СК-2	ЛСК-7	РСЛК-1	Стекло- лента липкая
Временное сопротивление разрыву.				
кГ[мм2	 Удельное объемное сопротивление, ом  см:	3,0	5	5	3,3
а) в исходном состоянии ....	1012	1012	10“	10"
б) при 180° С	 в) после 24 ч пребывания в ат- мосфере 95+3% относитель-	10”	10“	—	10,г
ной влажности при 20° С . . Среднее пробивное напряжение, кв:	109	Ю10*	10’=	—
а) в исходном состоянии ....	3,7	4,5	3,5	0,75
б) при 180° С	 в) после 24 ч пребывания в атмо- сфере 95+3% относительной	3,2	3	3**	—
влажности при 20° С . . . .	1,5	1,5*	1,5	- —
г) после перегиба	 *	После 21 ч пребывания в воде. *	* При 200° С.	2,2	2,5	3,5	
61
ц) Пропиточные и покровные лаки
В табл. 4-4 ‘Приведены основные характеристики лаков и эмалей,
применяемых при изготовлении /материалов для сухих шахтных
трансформаторов с изоляцией класса Н, а также для (пропитки
и (покрытия обмоток и активных частей трансформаторов.
•Большинство кремнийорганических лаков и эмалей в своей
основе содержит не чистые полиорганосилоксановые смолы, а .про-
дукты их совместной конденсации с органическими соединениями ти-
па (полиэфиров.
(Кремн(ийорганические высокомолекулярные вещества в основном
являются по своей природе веществами малополярными. Поляр-
ность же обеспечивает важное свойство лаков и эмалей—.наличие
прочной молекулярной связи между подложкой в связующими, даю-
щей хорошую адгезию лаковых и эмалевых пленок к подложке. Од-
ним из путей повышения 'полярности кремнийорганическпх соедине-
ний является /введение в состав .последних органических теплостой-
ких полиэфиров, имеющих полярные труппы и содержащих в своем
составе низкомолекулярные полярные примеси. Механическая проч-
ность и адгезия таких модифицированных лаков и эмалей увеличи-
вается.
Модификация полиорганосилоксанов органическими (полимера-
ми снижает их термостабильность, т. е,- стойкость по нагреванию,
определяемую .по потере веса. Однако за счет улучшения адгезии
одновременно повышается способность .пленки длительно сохранять
эластичное состояние при повышенных температурах—так назы-
ваемую термоэластичность. ,В конечном счете «срок служ-
бы» диэлектрика увеличивается.
Для пропитки обмоток применяют лаки К-47 .и ЭФ-ЗБСУ (за-
менитель) .
Лак К-47 .представляет собой раствор в этилцеллозольве поли-
метилфенилсилокКачовой смолы. (Модифицированной полиэфиром.
Пленка лака обладает хорошей адгезией, эластичностью, а также
удовлетворительной твердостью. Теплостойкость лака, определяемая
по потере эластичности, находится >в пределах 60—200 ч при 200° С.
После сушки при температуре il60—200° С пленка лака К-47 ста-
новится влагостойкой.
Лак ЭФ-3—раствэр полиэтилфенилсилоксановой смолы в смеси
бензина со скипидаром в соотношении (1 :!. (В зависимости от по-
казателя теплостойкости (тер|Моэласт,ичности) лак выпускается двух
марок: ЭФ-ЗБС и ЭФ-ЗБСУ.
Теплостойкость лаковой пленки при 200° С на медной .подложке
составляет по опытным данным 40—.100 ч. .Лак обладает высокой
пропитывающей способностью, хорошими диэлектрическими свой-
ствами it влагостойкостью.
В табл. 4-4 указаны основные характеристики лаков, которые
приведены согласно техническим условиям, т. е. представляют собсгй
минимальные величины.
По опытным данным величины удельного обьемного сопротив-
ления, как правило, на 2—3 порядка больше, также обычно в не-
сколько раз больше показателя теплостойкости и в 2—3 раза боль-
ше показатели электрической прочности.
G2
Таблица 4-4
Основные характеристики кремнийорганических лаков
Наименование характеристик	Марка лака				
	ЭФ-ЗБСУ	К-71 С	к-и	К-47	К-55
Вязкость по воронке ВЗ-4 при 20° С, сек .........	15—70	60	30—70	40—70	2,0—5,0**
Содержание нелетучих веществ нс менее, %		40	65	60	60	50—55
Продолжительность высыхания при 200° С не более, ч . . .	2	0,25	1,5	0,25	з#**
Теплостойкость (на медном основании) при 200° С. ч . . . .	40	—	75	50	75
Удельное объемное сопротивление, ом-см:					
а) в исходном состоянии 		10"	10"	10”	10”	10”
б) при 200° С		10”	1012	10”	10"	10"
в) после пребывания в течение 24 ч в атмосфере отно- сительной влажности 95+3%		Ю12	1012	10”	—	10"
г) после 24 ч пребывания в воде		1014— 10”*	—	—	—	—
Электрическая пр очность, кв/мм-.					
а) в исходном состоянии 		60	60	70	60	50
б) при 200° С		25	30	28	30	25
в) после пребывания в течение 24 ч в .атмосфере отно- сительной влажности 95+3%		25	35	50	35	25
• По опытным данным.
*• Относительная вязкость 10%-ного раствора лака по Оствальду при 20 С-
При 20’ С.
Лак К-44 ’Применяется при изготовлении проводов со стекло-
волокнистой изоляцией марки ПСДК и стеклолакоткани (марки
ЛСК-7, применяемых в шахтных сухих трансформаторах. Лак К-44
представляет собой раствор .модифицированной полиметилфенилси-
локсановой смолы в толуоле, обладает высокой эластичностью, хо-
рошей механической прочностью и хорошими клеящей и пропиты-
вающей способностями. Теплостойкость лака находится s пределах
от 75 до 300 ч. при 200° С.
Лак К-55—наиболее нат,ревостойкий из .перичисленных выше
кремнийорганических лаков. Лак К-55 представляет собой раствор
полиметилфенилсплоксановой смолы в толуоле. Он обладает высо-
кими диэлектрическими свойствами и влагостойкостью и пониженной
температурой сушки.
Лак К-55 применяется для пропитки стеклянной оплетки прово-
да iPKTiM с изоляцией из полиортаносилоксановой резины и для
покрытия нагревостойких стеклотекстолитовых цилиндров. Лак так-
же может быть применен для пропитки обмоток электрических ма-
шин и аппаратов с рабочими температурами до 250° С и продол-
жительностью работы до 500 ч. В последнем случае для получения
хорошей цементации запекание следует производить при температу-
ре .не ниже рабочей температуры .изделий или при температуре,
превышающей ее на 30—50° С.
е) Электроизоляционные покровные эмали
Для создания защитного покрытия обмоток и активных частей
после сборки и пайки схем соединений .применяются теплостойкие
покровные электроизоляционные эмали марки ’П'КЭнИ и в качестве
заменителя эмали .марки ПРКЭ-13.
Эмали ПКЭ-14 и ПРКЭ-13 печной сушки; растворителем их
является толуол. Теплостойкая покровная эмаль ПКЭ-14 представ-
ляет собой красочную суспензию пигментов в полиорганосилоксано-
вом лаке К-48. Пленка эмали становится влаго-и маслостойкой после
соответствующей термической обработки при температуре 130—490° С.
Цвет эмали—розовый. Эмаль ЙРКЭДЗ—красочная суспензия пиг-
ментов .(железный сурик, двуокись титана и гидроокись алюминия)
в полиэт.илфенилсилоксановом лаке ЭФ-5Т. Цвет эмали—от коралло-
вого до темно-красного. Эмаль обладает .высокими 'Диэлектрически-
ми свойствами, нагревостойкостью и хорошей пропитывающей спо-
собностью.
Пленка эмали становится влагостойкой после обработки лри
температуре 180—190° С. Перед применением эмали к ней до-
бавляется ускоритель высыхания '(сиккатив 64Б). Эмали ПКЭЯ4 и
ПРКЭ-43 пригодны для 'нанесения покрытия при помощи пульвери-
затора или кистью. Покрытие также может производиться способом
окунания.
Для получения высоких диэлектрических свойств, высокой вла-
гостойкости, а также 'механической прочности покрытия эмали не-
обходимо подвергать длительной сушке (10—'12 ч) при температуре
180—200°С. Характеристики эмали при длительных воздействиях
высокой температуры и влажности в значительной мере зависят
от качества сушки. Основные характеристики теплостойких .покров-
ных эмалей даны в табл. 4-5.
64
Таблица 4-5
Наименование характеристик	ПКЭ-1 4	ПРКЭ-13
Вязкость по вискозиметру ВЗ-4, сек		40	20
Содержание нелетучих веществ, %		50	60
Содержание минеральной части, %		20—40	35—45
Продолжительность высыхания при температу- ре 200° С, ч . . . . • . •		3	2
Теплостойкость при температуре 200° С (на медном основании), ч		120	20
Электрическая прочность, кв]мм: а) в исходном состоянии 		50	50
б) при 180° С		16	15
в) после пребывания 24 ч в атмосфере с относительной влажностью Эа+Зуь . . .	16	20
Удельное объемное сопротивление, ом-см- а) в исходном состоянии 		Ю13	1013
б) при температуре 180° С		101»	10’»
в) после 24 ч пребывания в атмосфере с относительной влажностью 95+3'Уо . • .	10"	10“
ж) Пластические массы
Из нагревостойких и дугостойких пресс-материалов для шахт-
ных .подстанций изготовляются электроизоляционные детали типа
панелей, досок зажимов, (Проходных изоляторов цепей управления
и блокировок и т. д.
Пресс-материал К-77-51 представляет собой композицию, со-
стоящую из модифицированной меламиноформальдегидной смолы,
органического и минерального .наполнителя и смазывающего веще-
ства. Изготовление деталей производится методом горячего прессо-
вания при Я60—170° С и удельном давлении от 300 до 500 кГ!см^
в зависимости от конфигурации детали. Перед прессованием произ-
водится подогревание таблеток 'или пресс-порошка до тем-пературы
100—110° С.
Дугостойкость поесс-материала при токе 6—6.5 ма ,и расстоя-
нии между электродами 5 мм составляет не менее 60 сек.
Пресс-материал К-77-51 (Может быть применен для деталей ра-
ботающих при температурах до 130° С.
Пресс-материал К-71-Т представляет собой композицию, полу-
ченную на основе кргмнийорганической смолы К-71 с минеральными
наполнителями (асбестом и тальком).
Детали, полученные .из лресс-материала, отличаются высокой
дугостойкостью и теплостойкостью. Дугостойкость деталей из пресс-
5—472	65
Материала К-71-Т при переменном токе 40 ла составляет по данным
испытаний более 180 сек.
Изготовление детален из пресс-материала производится методом
горячего прессования при температуре пресс-формы 460—170° С и
удельном давлении 450 кГ/см2. Время выдержки в пресс-форме опре-
деляется из расчета 1—1,5 мин на 1 мм толщины детали. Изготов-
ленные детали .подвергаются дополнительной термической обработке
в течение 20 ч при температуре 200° С.
Пресс-материал К-71-Т применяется для деталей, .работающих
при температурах до 200°С или в условиях относительной влажно-
сти до 97%.
В качестве нагревостойкого и дугостойкого материала для изо-
ляции обмоток (прокладки, рейки) и для других деталей шахтного
трансформатора может 'быть применен миколекс ‘(ТУ Ленинградско-
го ОНХ 60013-5'9). Детали из .него изготовляются методом горячего
прессования брикетов прессдгорошка, состоящего из молотой слюды
и бессвинцового стекла. 'Микалекс имеет сравнительно низкую стой
мость и теплостойкость по Мартенсу 400—450° С.
Основные характеристики дугостойкнх пресс-материалов приве-
дены в табл. 4-6.
Таблица 4-6
Наименование характеристики	К-77-51	К-71-Т	Микалекс
Плотность, Ki! СМ3 * * * * *		1,6—1,8	1,8—1,85	2,4—2,9
Удельная ударная вязкость, кГ-см1см2		4	4,5	—
Предел прочности при статиче- ском изгибе, кГ/см2		500	250	700—1 300
Удельное поверхностное сопро- тивление, ом		—	Ю10	Ю’о— ю»
Удельное объемное сопротивле- ние, ОМ’СМ . • 		—	10"	[О'2—1014
Пробивная напряженность, кв/мм	12	3,5—5*	>13
* По данным испытаний.
з) Керамические материалы
Вследствие сравнительно высокой стоимости изоляционных .ма-
териалов ,на основе кремнийорганических смол их применение це-
лесообразно ограничить теми случаями, когда не могут быть исполь-
зованы неорганические материалы: для подклейки стеклопряжи при
66
изготовлении обмоточного .провода, для изготовления стеклотексто-
литовых цилиндров, для .пропитки обмоток и т. д.
.Во многих случаях находят успешное 'применение материалы
на основе хризотилового асбеста, фарфор, стеатит и другие кера-
мические материалы.
Электрофарфор высокого напряжения ГОСТ 5862-60 применяет-
ся в сухих шахтных трансформаторах для изготовления деталей
ярмовой изоляции — прокладок, на которые опирается обмотка ВН.
Прокладки изготовляются из фарфоровой .массы методом протяжки
через вакуум-.пресс. Прокладки для обмотки НН изготовляются из
электроустановочного фарфора по ГОСТ 2634-59 прессованием в
пресс-формах.
Для изготовления .прокладок для непрерывных обмоток ВН в су-
хих трансформаторах также находит применение фарфор. Однако
при малой толщине прокладок их механическая прочность оказы-
вается недостаточной. В этих случаях целесообразно применение
стеатита -или высокопрочной керамики типа корундомуллита КМ-1.
Характеристики этих материалов приведены в табл. 4-7.
Таблица 4-7
Технические характеристики	Фарфор высокого напряже- ния	Стеатит	км-1
Предел прочности при стати- ческом изгибе, кГ[см2 . . .	700—850	1 200—1 600	1 800—2 150
Предел прочности при раз- рыве, кГ/см2		250—400	600—700	600—800
Предел прочности при удар- ном изгибе, кГ/см2 ....	1,3—2,5	3,0—3,5	3,1—4,2
Удельное объемное сопротив- ление при 100° С, ом см . .	10'4	1012^1013	10’4
Пробивное напряжение, кв{мм	22—25	20—24	22—31
К керамическим прокладкам для обмоток предъявляется тре-
бование отсутствия коробоватости, толщина .прокладок должна -вы-
держиваться в жестких .пределах .(допуск порядка ±0,1 — 0,2 мм).
Для изготовления прокладок ,н реек обмоток .ВН за рубежом
применяют и иные керамические .материалы. .Например, керамика
получается из шихты, в составе которой преобладает тугоплавкая
глина, с высоким содержанием окиси железа (S1O2—66%, Fe2O3—8%»
5*	67
проч.—26%). Детали могут .изготовляться методом 'прессования или
горячего литья под давлением.
Влагостойкость керамических .материалов, как известно, высо-
кая Однако при конденсации влаги <на поверхности керамических
изоляторов их удельное поверхностное сопротивление резко снижает-
ся от 1013 до 407 ом, что объясняется образованием сплошной плен-
ки конденсата на поверхности. .Гидрофобизация керамических изо-
ляционных .изделий .приводит к устранению этого явления.
Некоторые зарубежные фирмы для межфазовых перегородок
в сухих .шахтных трансформаторах .применяют асбестоцемент, кото-
рый, .как известно, обладает значительной гигроскопичностью и весь-
ма низкими изоляционными характеристиками при повышенной
влажности.
.После .г.ндрофобизации асбестоцемента кремиийортанической
жидкостью по способу, разработанному .ВЭН (Л. 10], водопоглоще-
ние его резко снижается и значительно повышается удельное объем-
ное сопротивление в условиях влажной среды.
Некоторые гидрофобизированные материалы (асбестоцемент,
асбопласт) рекомендуются в качестве влагостойких, нагревостойких
и дугостойких [Л. 12] после обработки кремнийорганической жидко-
стью ГКЖ-94 (ТУ МХП ЕУ-124-53).
Гидрофобизация керамических материалов достигается обработ-
кой их силанхлоридами, полисилоксановыми жидкостями (ТУ МХП
№ 2416-54) и кремнийорганическими лаками.
4-5. СВОЙСТВА ИЗОЛЯЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА
С ЕСТЕСТВЕННЫМ ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НАГРЕВАНИЯ И УВЛАЖНЕНИЯ
При нагревании и воздействии повышенной влажности характери-
стики электроизоляционных материалов претерпевают значительные
изменения, причем наиболее существенные показатели электрической
изоляции, как правило, ухудшаются.
Поэтому изучение поведения материалов, применяемых в шахг-
ных трансформаторах с естественным воздушным охлаждением,
.при повышении температуры и увлажнении имеет большое значение.
(Ниже .приведены .наиболее существенные результаты .исследо-
ваний, касающиеся кремнийорганических лаков и эмалей, компози-
ционных диэлектриков и изоляционных систем, образованных крем-
.нийорганическими материалами.
а)	Гибкий теплостойкий стекломиканит
При нагревании, а также при воздействии влаги поведение та-
ких композиционных материалов, как миканиты, лакоткани, слоис-
тые пластики, пластмассы и т. п., является довольно сложным, так
как оно зависит от изменения характеристик отдельных компонен-
тов, входящих в тех .или .иных количествах .в их состав.
Гибкий теплостойкий стеклом'1гка«ит иа кремнийорганическом
лаке практически не изменяет своей электрической прочности даже
.после 240 « выдержки в среде с .относительной влажностью 98%
(Л. 8]. Для сравнения можно указать, что гибкий стекломиканит на
органическом связующем снижает начальную электрическую проч-
ность в 3 раза уже через 60 ч.
68
Величина удельного объемного сопротивления при действии вы-
сокой относительной влажности снижается от 10‘5 до 10IS ом-см
через 1120 ч и только после 280 ч до 10" ом-см.
Зависимость удельного объемного сопротивления гибкого на-
гревостойкого миканита от температуры в интервале 20—250° С при-
ведена на рис. 4-1.
Рис. 4-1. Зависимость удельного
объемного сопротивления гибкого
стекломиканита от температуры.
В основном зависимость от температуры диэлектрических
свойств ^(удельное объемное сопротивление, tg 6, электрическая
прочность) гибкого стекломиканита определяется изменением ди-
электрических свойств клеящих кремнинорганических лаков.
б)	Кремнийорганические стеклолакоткани
|Важяым условием получения хороших диэлектрических харак-
теристик стеклолакотканей является достаточное отвердение пленки,
поскольку это является условием слабых полярных свойств молеку-
лярной структуры лака. В противном случае величина tgfi может
Рис. 4-2. Зависимость диэлектриче-
ских характеристик стеклолакоткани
ЛСК-7 от температуры.
1—кв/мм- 2—pjA, ом-см; 3—tg 8.
достигнуть весьма больших значений при высоких температурах.
Обычно величины tgd кремнийорганических стеклолакотканей и
резиностеклотканей достаточно малы (порядка 0,01) и в общем
мало зависят от температуры.
69
Удельное -объемное сопротивление стеклолакотканей и резино-
стеклолакотканей лежит в пределах 10ls—1012 ом-. см для темпера-
тур 20—200° С.
На рис. 4-2 и 4-3 показано изменение электрических характе-
ристик стеклолакотками ЛСК-7 и резииостеклотка:ни РСЛТ в зави-
симости от температуры.
Рис. 4-3. Зависимость диэлектрических
характеристик резииостеклолакоткани
РСЛТ от температуры.
1—ке!мм', 2—р^,ом-см; 3—tg S.
в) Стеклотекстолиты
Свойства стеклотекстолита, изготовленного на полифенилметил-
силоксановой смоле и бесщелочнои стеклоткани ’(с содержанием
в нем смолы около 30%,), -при воздействии нагревания и увлажне-
ния показаны иа рис. 4-4 я 4 5.
tgf
0,Б
0,5
U,4
0,3
u,z
о,'
О
ом-см
pv 
70й-
70'’-
I0’3-
Ю’г-
Рис. 4-4. Зависимость диэлектрических характе-
ристик стеклотекстолита на кремнийорганической
смоле от температуры.
1—диэлектрическая проницаемость; 2—tg S; 3—удельно©
объемное сопротивление ру, ом>см.
70
ом-см
Рис. 4-5. Зависимость удель-
ного объемного сопротивления
стеклотекстолита от времени
пребывания в атмосфере при
относительной влажности
95—98%.
До температуры 200° С диэлектрические характеристики стекло-
текстолита па мегилфенилсилоксановой смоле изменяются (незначи-
тельно (рис. 4-4).
При дальнейшем возрастании температуры tgO резко возра-
стает, достигая величины 0,35 при 250° С и 0,55 при 280° С.
Удельное объемное сопротивление при температуре выше 200° С
начинает снижаться более рез-
ко, достигая величины 1,7- 1010
ом  см при 250’ С и 8,ЗХ
X 109 ом  см при 280° С.
Для стеклотекстолита
СТК-41 с повышением темпера-
туры от 20 до 300° С электри-
ческая прочность снижается с
17,8 до 9,4 кв!мм.
С повышением температур
снижается и механическая
прочность стеклотекстолитов.
Так, например, для хорошо
выпеченного поливинилсило-
ксанового стеклотекстолита предел прочности при изгибе равен
2 100 кГ/см- при 20° С, 1 050 кГ/см2 при 150е С и 1 000 кГ1см2 при
370° С.
Предел прочности на разрыв равен 2 400—3'160 кПсм2 при
25 ° С, 1540—.1 750 кГ1см2 при 260° С. Модуль упругости при стати-
ческом изгибе равен 210 000—246 000 кГ!см- при 25J С, 75 000—
133 000 кГ/см2 при 260° С.
Зависимость объемного сопротивления стеклотекстолита от вре-
мени пребывания в среде с относительной влажностью 95—98%
характеризуется кривой рис. 4-5.
г) Пластические массы
Пластические массы па основе полиалкиларилсилоксановых
смол имеют удельное объемное сопротивление, относительно мало
зависящее от температуры. Для этих пластмасс даже при темпера-
туре 230° С сохраняются исключительно низкие значения tg б, причем
для пластмасс со стеклянным волокном (наблюдается более замет-
ное его повышение, чем для пластмасс с асбестовым волокном.
Гигроскопичность чистых кремнийоргамических смол, как изве-
стно, совершенно (незначительна. Характеристики же пластмассе на-
полнителями при действии воды или влажной атмосферы изменяют-
ся более значительно, особенно при .применении в качестве наполни-
теля асбеста. Это объясняется наличием микроскопических пор
между смолой и наполнителем и гигроскопичностью самого
асбеста.
Изменение диэлектрической .проницаемости указанных пластмасс
в зависимости от температуры является довольно значительным,
особенно для .пластмасс со стеклянным волокном. При повышении
температуры от 20 до 180 .и затем до 230° С диэлектрическая про-
ницаемость для пластмасс со стеклянным наполнителем составляет
соответственно 6, .13 и 46,7. Для пластмасс с асбестом аналогичные
значения равны 8,2; 9,2 и 11,5.
71
д) Диэлектрические характеристики изоляции шахтного
трансформатора с воздушным охлаждением
при воздействии нагревания и увлажнения
Изучение поведения изоляции шахтного трансформатора с воз-
душным охлаждели-ем в ^процессе кратковременного нагревания,
охлаждения и увлажнения показало, что .диэлектрические характе-
ристики изоляции восстанавливаются при приведении ее в перво-
начальное -состояние.
В табл. 4-8 приведены значения сопротивления изоляции, tg б
н величины тока утечки изоляции обмотки ВН ,прн циклическом на-
гревании и увлажнении.
Таблица 4-8
Время измерения
Сопротивле-
ние изоля-
ции, Мом
Перед испытанием..............
В конце последнего цикла нагре-
вания ........................
В конце последнего цикла
охлаждения ...................
После пребывания в течение 13
суток при температуре 20—
25° С с открытым люком . . .
10 000
70
40
10 000
95
1
50
120
9,3 15,6
11	27
18	22
0
40
30
Трансформатор ТСШВ-180/6 -был подвергнут трем циклам на-
гревания и охлаждения продолжительностью по 16 ч. Трансформа-
тор был помещен во влагокамеру; нагревание в течение 8 ч про-
изводилось потерями короткого замыкания; увлажнение изоля-
ции производилось также в течение 8 ч. В кожух трансформатора
была залита в небольшом количестве вода; во влагокамере под-
держивалась относительная влажность 90+5% при температу-
ре 30±5° С.
Как видно из приведенных данных, в процессе нагревания и
увлажнения происходит заметное снижение диэлектрических харак-
теристик, которое может быть объяснено некоторым увлажнением
поверхности изоляции. Однако после пребывания в течение 2 недель
в 'помещении с относительной влажностью 30—40% характеристики
изоляции .полностью восстановились без дополнительного нагрева-
ния. Это говорит об отсутствии остаточных изменений и высокой
влагостойкости изоляции.
72
4-6. СТАРЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ
Как показано в предыдущем разделе, при повышении темпера-
туры характеристики электроизоляционных материалов существенно
изменяются Под влиянием длительного воздействия повышенных
температур свойства изоляции претерпевают значительные необра-
тимые изменения. Такие процессы протекают сравнительно медлен-
но. К ним относятся, например, процессы окисления, деструктивный
крекинг полимерных молекул, усиленная полимеризация, в резуль-
тате которой утрачивается эластичность изоляции, появляется жест-
кость, образовываются трещины, вследствие че”о происходят ухуд-
шение электроизоляционных качеств и снижение механической
прочности изоляции.
Такой процесс химических и физических изменений изоляции
называется ее старением. Необратимое и нарастающее сниже-
ние электрических и главным образом механических свойств, в ос-
новном как следствие различных химических реакций, сопровож-
дающих старение изоляции, ограничивает срок ее службы.
В работах чл.-корр. АН СССР К. А. Андрианова дано объясне-
ние .механизма термоокислительной деструкции крем.нийорга1ниче-
ских соединений В результате термоокислительной деструкции моле-
кул полиорганосилоксановых лаков происходит разрыв основных
химических связей с отщеплением низкомолекулярных веществ, ко-
торые при повышенных температурах в газообразной форме удаля-
ются из ллеики.
Механизм деструкций объясняет наличие зависимости .нагрево-
стойкости от химического состава и структуры полимера [Л 8]. Так,
например, более низкая иагре-
востойкость полиэтилсилокса
новых соединений (в частно-
сти, лаков группы ЭФ) по
сравнению с полиметилсилокса-
нами (например, лаками груп-
пы К) объясняется тем, что
группа СН2 радикала этила у
атома кремния окисляется лег-
че, чем группа СН3.
(Деструкция пленок поли-
меров с выделением продуктов
распада в газообразной форме
приводит к уменьшению их ве-
са. Наиболее быстро умень-
шение веса пленок происходит
Д и
o' io ion 150 гт гю зоо зво чю
Длительность теплового старение .сутки
Рис. 4-6. Зависимость потери
в весе пленок лака ЭФ-3 от дли-
тельности теплового старения при
температурах 200 и 250° С.
в начале теплового старения в связи с удалением остатков летучих
и низкомолекулярных примесей; в дальнейшем этот процесс значи-
тельно замедляется (рис. 4-6). Замедление процесса деструкции
объясняется также образованием «а поверхности (полимера защит-
ного слоя, насыщенного силоксановыми связями (Si—О), которые
отличаются большой термической стойкостью. Этот слой не поддает-
ся быстрой деструкции и одновременно замедляет доступ кислорода
внутрь полимера.
В результате термоокислительиой деструкции полиорганосило-
ксаиов ие происходит образования продуктов, снижающих диэлек-
трические свойства изоляции.
73
В процессе старения изоляции известную роль играет и вели-
чина давления окружающего газа [Л. 34]. Для того чтобы раздельно
оценить влияние процессов окисления, рода газа и величины дав-
ления газа на старение изоляции, был поставлен ряд опытов, ре-
зультаты которых представлены на рис. 4-7. Тепловому старению
ч
Рис. 4-7. Зависимость срока службы изоляционных ма-
териалов от температуры теплового старения в среде
воздуха, азота (N2), кислорода (О2) и в вакууме.
1 — резиностеклоткань. пропитанная кремнийорганнческим лаком
в воздушной среде и в среде кислорода; 2 — крафт-бумага,
пропитанная бакелитовым лаком в воздушной среде; 3 — то же
в среде азота; 4 — то же в вакууме; 5 — асбестовый картон,
пропитанный кремннйорганическим лаком в воздушной среде;
6 —то же в среде азота; 7 — асбестовый картон, пропитанный
бакелитовым лаком в воздушной среде; 8 — то же в среде азо-
та; 9— лакоткань в воздушной среде; 10— то же в среде азота;
11— то же в вакууме; /2 —то же в среде кислорода.
в среде кислорода, азота (при давлении 1,4 ат), в воздухе и в ва-
кууме (около 740 мм рт. ст.) подвергались следующие изоляцион-
ные материалы: кремнийорганическая резиностеклоткань, крафт-бу
мага, пропитанная .бакелитовым лаком, лакоткань и .пропитанный
кремпийоргаиическим лаком асбестовый картон.
Как видно из рис. 4-7 наилучшие характеристики старения
имеют место ,в бескислородной среде; на характеристики старения
74
наибольшее влияние Оказывает наличие кислорода. Однако крем-
нийорганичеекие материалы .не проявляют заметной реакции на'По-
вышение -концентрации кислорода и окружающей атмосфере (см. ка-
ра ктермс гики старения в воздухе и в чистом кислороде), в то время
как лакоткань на битуммо-м асляном лаке при температуре 140иС
старится в среде чистого кислорода примерно в 10 -раз быстрее, чем
на воздухе. Различие между характеристиками для вакуума и азо-
та (где влияние окисления исключено) показывает влияние величи-
ны давления окружающей среды. В среде азота при 150°С старение
лакоткаип и бакелизирован-нюй бумаги происходит примерно вдвое
медленнее, чем в вакууме.
Исследования старения изоляции в атмосфере азота показы-
вают, что для этой среды допустимые температуры могут быть по-
вышены .для изоляции класса В .примерно .на 25—30° С л для изо-
ляции класса Н — ориентировочно на 6О3С.
В сухих шахтных трансформаторах используются в значитель-
ном количестве новые электроизоляционные материалы, .по которым
еще не накоплен достаточный эксплуатационный опыт. Поэтому
здесь исключительно важное значение приобретает -вопрос о наи-
высшей допустимой рабочей температуре изоляции, о ее нагрево-
стойкости.
Вопросы нагревостойкости изоляции, испытаний па тепловое
старение или испытаний на -срок службы («-срок жизни») изоляции
ниже рассмотрены достаточно подробно ввиду5 их особой важшости
для шахтных сухих трансформаторов, изоляция которых мало изу-
чена и содержит много новых синтетических материалов.
Согласно определению, предложенному проф. В. И. Калитвян-
ским [Л. 9], под иагревостойкостью диэлектрика понимается темпе-
ратура, при которой он длительно сохраняет основные характери-
стики на уровне, обеспечивающем надежное выполнение возложен-
ных на него функций в электротехнической конструкции.
Разнообразные методы оценки нагревостойкости, в которых
в качестве критерия положены температуры размягчения (например,
метод «кольца и ша-ра», «теплостойкость то Мартенсу» и т. д.),
температура химического разрушения, появление трещин -при рез-
кой смене температур, изменение отдельных электрофизических ха-
рактеристик при тепловом старении, взятые отдельно, не являются
достаточными для полной характеристики нагревостойкости изоля-
ции. Нагревостойкость, таким образом, не определяется каким-то
одним параметром, но может быть охарактеризована лишь ком-
плексными испытаниями. Выбор последних зависит от условий,
в которых должен эксплуатироваться данный материал, от его мес-
та в реальной конструкции. Функциональные испытания, в которых
проверяется -способность материала при определенных условиях на-
дежно выполнять своп функции, дают наиболее травильный прогноз
поведения материала в эксплуатации, наиболее травильную Оценку
пригодности его для тех или иных целей.
Отнесение электроизоляционного материала к тому или иному5
классу нагревостойкости .производится в результате всесторонних
испытаний нагревостойкости данного материала, включая испыта-
ния на тепловое старвипе, и на основе -опыта эксплуатации электро-
оборудования, в котором использована данная изоляция. При ис-
пользовании новых электроизоляционных материалов такие данные
зачастую отсутствуют и конструктор вынужден основываться только
75
на данных об изменении характеристик материалов при тепловом
старении.
Лаки и эмали. При тепловом старении полиэтилфенилсилокса-
новюго лака ЭФ-3 дари высоких температурах в результате увеличе-
ния количества поперечных связей («сшивок») основных молекуляр-
ных цепей повышается жесткость системы и, следовательно, умень-
шается эластичность. На рис. 4-8 показано уменьшение эластично-
сти пленок лака ЭФ-3, определяемое по появлению трещин .при пе-
регибе пленки (на медной подложке) вокруг стержня диаметром
3 мм при разных температурах в процессе теплового старения. Дан-
ные рис. 4-6 и табл. 4-9 характери-
зуют термостабильность кремний-
органических лаков, определяемую
по потере веса пленки.
Важным показателем нагрево-
стойкости лаков является измене-
ние электрических характеристик
при циклическом воздействии по-
Рис. 4-8. Зависимость
срока службы, опреде-
ляемого по изменению
эластичности пленок ла-
ков ЭФ-3 и ЭФ-5, от тем-
пературы теплового ста-
рения.
Рис. 4-9. Зависимость удель-
ного объемного сопротивления
пленки лака ЭФ-3 от времени
циклического воздействия вы-
сокой температуры (6 суток
прн 180° С в каждом цикле) и
относительной влажности 95—
98% (2 суток в каждом цикле).
вышенных температур и высокой относительной влажности, дости-
гающей 95—98%. Как следует из .рис. 4-9, влагостойкость лака
ЭФ-3 мало изменяется <в течение 10 циклов, каждый из которых со-
стоит из выдержки в течение 6 суток при температуре 180° С и
2 суток .при .относительной влажности 95—08%.
Отличительной особенностью покровных эмалей ПКЭ-1'4,
ПРКЭ-13 и ПКЭ-19 является их высокая теплостойкость во време-
ни. При поочередном воздействии нагревания и влажной среды
характеристики эмали остаются .на достаточно высоком уровне.
В табл. 4-10 приведены данные исследования зависимости ди-
электрических свойств покровной эмали .ПКЭ-114 при циклическом
воздействии повышенной температуры и влажной среды.
Из всех электрических характеристик наиболее заметно изме-
няется при тепловом старении электрическая прочность, уменьшение
которой при длительном воздействии высоких температур связано
с растрескиванием пленки.
76
Таблица 4-9
Термостабильность лаковых пленок
Наименование
лака
ЭФ-ЗБСУ
К-47
К-55
Термостабильность, ч		
прн температуре, °C		
250	300	350
20 430 >1 000	1 30—40 >1 000	>1 000
Таблица 4-10
Условия ИСПЫТ 1ННЯ
Удельное
объемное
сопротив-
ление,
ом см
Электри-
ческая
прочность,
кв[мм
5 суток при температуре 180° С.
Сутки в среде с относительной
влажностью 95°/о.............
10 суток при температуре 180° С
Сутки в среде с относительной
влажностью 95->/о..............
6,0-Ю14
1,1-Ю13
1,4-Ю15
1,7-1014
54,9
33,1
56,8
40,6
В табл. 4-11 приведены данные по тепловому старению пленок
кремнийорганических лаков и эмалей, .полученные Н. Д. Ливенцо-
вой (ВЭИ) .на основе наблюдения за состоянием лаковой пленки.
В качестве критерия «срока жизни» пленки было положено появле-
ние растрескивания и отставание пленки от подложки.
Как видно из .приведенных данных, наименее нагревостойкими
являются этилфенильные лаки ЭФ-3 и ЭФ-5, время .разрушения пле-
нок лаков группы К существенно больше.
Таблица 4-11
Наименование лака	Подложка	Время, через которое происходит разрушение пленки, ч		
		250° С	300° с	350° С
К-44	Медь	100	6	—
К-47	Медь	70	6	——
К-47	Сталь	430	30—40	——
К-55	Медь	240	100	—
К-55	Счаль	>2 500	>2 500	>1 200
ЭФ-3. ЭФ-5	Медь	<20	1	—
ЭФ-5	Сталь	<20	1	—
ПКЭ-14	Медь	240	50	-—
ПКЭ-19	Сталь		>2 500	840*
* С сиккативом (без сиккатива 480 ч).
77
.Испытания на медных .подложках дают худшие результаты. Это
объясняется окислением меди при температурах более 250—-300° С,
благодаря чему лаковая пленка на окисленной подложке быстрее
растрескивается. Испытания на подложках, устойчивых к окисле-
нию, более соответствуют условиям работы лаковых пленок в ре-
альных конструкциях.
Попеременное .воздействие влаги и нагревания 'позволяет бы-
стрее обнаружить изменение электрических характеристик в про-
цессе теплового старения. Одновременно такие испытания ближе
к эксплуатационным условиям.
Композиционные диэлектрики. Так же как при кратковременном
нагревании,. поведение композиционных диэлектриков при длитель-
ном воздействии .повышенных температур зависит от поведения от-
дельных компонентов, входящих в их состав.
Основываясь на ряде экспериментальных данных, проф-
В. И. Калитвянский установил, что изменение диэлектрических ха-
рактеристик лакотканей .в .процессе теплового старения определяет-
ся в основном пропитывающим составом, изменение эластичности
обусловливается как пропитывающим составом, так и тканью, .из-
менение прочности разрыву определяется главным образом тканью.
'Экспериментально установлено для ряда лаков и материалов
(лакоткани, пластики и т. д.), что величины и tg6 .при дли-
Рис. 4-10. Зависимость пробив-
ной прочности и прочности на
разрыв лакоткани ЛСК-7 и ре-
зиностеклолакоткани РСЛТ от
времени теплового старения при
температуре 250° С.
ЛСК-7 — сплошная линия; РСЛТ —
пунктирная линия.
тельном воздействии повышенных
температур несколько изменяются
в начальный момент старения,
оставаясь затем продолжительное
время на одном и том же уровне.
Поэтому они не могут являться
единственными и надежными по-
казателями теплового старения.
Изменения электрической прочно-
сти, как правило, являются более
значительными. При этом для стек-
лолакотканей резкое снижение
электрической прочности совпадает
с появлением микротрещин, в ко-
торые может проникать влага.
Таким образом, испытание
электрической прочности в про-
цессе циклического воздействия
нагревания и увлажнения являет-
ся косвенным показателем измене-
ния и механических свойств изо-
ляции.
На 'рис. 4-10 шоказано измене-
ние электрической прочности и
прочности на разрыв лакоткани ЛСК-7 и резиностеклолакоткаии
РСЛТ в процессе теплового старения. Как следует из них, наиболь-
шей нагревостойкостью обладает резиностеклоткаиь.
Миканиты на кремнийорганических смолах при тепловом старе-
нии под действием температур 250—300—350° С весьма длительно
сохраняют на высоком уровне свои электрические характеристики
(кроме миканитов на лаке ЭФ-5). Данные по тепловому старению
78
гибкого теплостойкого миканита на по.тиалкилси.юксановой смоле
приведены на рис. 4-11.
Слоистые материалы на основе стеклоткани и полиорганосило-
ксановых смол имеют хорошиие электрические свойства и тепло-
стойкость, однако, как указывалось выше, в ряде случаев их при-
менение ограничивается невысокой
механической прочностью связую-
щих смол. Изменение электриче-
ской прочности стеклотекстолита
на лаке К-41 характеризуется сле-
дующим примером. Пробивная
прочность стеклотекстолита СТК-41,
которая составляет при температу-
ре 300° С в исходном состоянии
9,4 кв/мм (при комнатной темпера-
туре 17,8 кв/мм), после старения
в течение 500 ч при температуре
250° С снижается до 3,3 кв/мм,
после 20 ч старения при 350° С сни-
жается до 3,6 кв/мм.
Подробные исследования теп-
лового старения стеклотекстолито-
Рис. 4-11. Зависимость удель-
ного объемного сопротивления
гибкого теплостойкого стекло-
миканита от времени старения
при температуре 315° С.
/ — после старения; 2—после ста-
рения и увлажнения.
вых -нагревостойхих цилиндров, выполняющих в сухих шахтных
трансформаторах роль барьера между обмотками ВН и НН, выпол-
нены в ВЭИ Ю. В. Гончаренко. Испытывались стеклотекстолитовые
цилиндры на лаке К-41, разработанные ВЭИ совместно с заводом
«Электроизолит». В этих цилиндрах между слоями, пропитанной
стеклоткани заматываются три слоя стеклослюдинита.
В табл. .4-12 приведены данные по тепловому старению опыт-
ных образцов этих цилиндров. Данные испытаний приведены сред-
ние для ряда цилиндров, .величина разброса показателей невелика.
Таблица 4-12
Условия испытания	Ру, ОМ‘СМ	tg »
В исходном состоянии 	 До старения, после увлажнения при 20° С и относительной влажности 96% в течение	3.4-1015	0,0139
21 ч	 После теплового старения при 250° С в те-	1.8-10’4	0,0212*
чеиие 3 суток 	 После теплового старения при 250° С в те-	—	0,0011
чение 5 суток 	 После увлажнения при 20° С при относитель-	—	0,0114
ной влажности 96% в течение 90 ч . . . . После теплового старения при 250° С в те-	2,4-Ю11	0,691
чение 10 суток 	 После увлажнения при 20° С при относитель-	—	0,153
ной влажности 96% в течение 90 ч . . . .	7,2-10,°	0,41**
* Замерено при I кв\ все остальные значения tg J измерены при 7 кв.		
16 кв* П°сле всех этапов старения и испытания приложенным напряжением		
79
При испытаниях цилиндров была выполнена программа старе-
ния, предусматривающая чередование выдержки при температуре
250° С с выдержкой при температуре 20° С при относительной влаж-
ности 96±‘2°/о. Между этапами старения производились замеры ди-
электрических характеристик.
Критерием прочности нагревостойких изоляционных цилиндров
было принято испытание в течение 1 мин напряжением 16 кв при
частоте 50 гц. Эта величина равна испытательному напряжению для
главной изоляции обмоток ВН трансформатора класса 6 кв и яв-
ляется достаточно жесткой. Данному испытанию цилиндры подвер-
гались после каждого этапа теплового старения.
Электрическая прочность цилиндров <в исходном состоянии со-
ставляла: £7миН=44 кв; t7MaKC=50 кв; Ucp=46 кв. Измерение элек-
трической прочности в нескольких точках одного из цилиндров, под-
вергнутых всем этапам теплового старения, дало следующие значе-
ния: t7MMH = 31,6 кв; £/макс = 40 кв; 6^ р—-36,3 кв.
4-7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ИЗОЛЯЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ ТРАНСФОРМАТОРА С ВОЗДУШНЫМ
ОХЛАЖДЕНИЕМ НА МОДЕЛЯХ
Скорость физического разрушения изоляции под влиянием тем-
пературы и времени резко увеличивается с ростом температур. На
этом основаны ускоренные функциональные испытания иа срок
службы («срок жизни») на моделях изоляционных конструкций.
Функциональные испытания оценивают -всю изоляционную
структуру трансформатора как единое целое. (Критерием срока
службы является п-р-и функциональных 'испытаниях способность изо-
ляционной системы трансформатора выполнять свои функции три
всех нормальных условиях .работы. .Понятие «нормальные» -в .дан-
ном .случае относится ко всем эксплуатационным условиям, которые
могут иметь место в работе, таким как перенапряжения, перегрузки,
короткие замыкания и т. д. Чем ближе соответствуют испытания
условиям эксплуатации, тем, очевидно, будет больше достоверность
.полученных данных.
Из этого вытекают требования к конструкциям Моделей и про-
грамме испытаний.
Модели должны достаточно точно воспроизводить трансформа-
торы, прототипами которых они являются, в части изоляционных
расстояний, толщины изоляции, -конструктивных особенностей, ис-
пользованных материалов м принятой технологии -обработки. Необ-
ходимо тщательное изучение температурных градиентов в трансфор-
маторе, -чтобы правильно их воспроизвести в модели. Следует так-
же учитывать влияние, -которое оказывает геометрия модели на рас-
пределение температурных градиентов. -Как показано ниже (раз-
дел 5-7), высота обмотки оказывает существенное влияние на соот-
ношение (средних и максимальных превышений температур обмоток
и цилиндров главной изоляции; оказывают 'влияние также .радиаль-
ные -размеры -обмоток и другие геометрические факторы. В некото-
рых случаях является целесообразным изменение .размеров каналов
модели по сравнению с представляемым ею трансформатором, если
это ие повлечет за собой изменение электрической прочности испы-
80
тыва-емых (промежутков. Иногда для 'получения нужных тепловых
полей 'Приходится .прибегать к экранированию 'моделей, частичному
закрытию каналов, применению постарон.ни'х источников тепла-и т.п.
Устройство модели должно предусматривать возможность про-
ведения электрических испытаний различных частей изоляционной
системы, таких как 'главная изоляция, витковая и, в случае если они
имеются, слоевая и межсекц,ионная. Для проведения испытаний
витковой изоляции обмотка ВН (Наматывается обычно в два па-
раллельных (проводя, .которые раздельно выводятся на панель. Это
позволяет испытывать щитковую изоляцию любым желаемым испы-
тательным 'напряжением. Обмотка НН наматывается в несколько
слоев, и на шанель выводятся начало и конец (каждого слоя для
Рис. 4-12. ЛАодель для определения срока службы
трансформатора с естественным воздушным
охлаждением.
проведения испытаний межслоевой изоляции. На рис. 4-12 показана
модель изоляционной системы трансформатора с естественным воз-
душным охлаждением.
Ввиду большой неравномерности 'нагревания обмоток трансфор-
маторов с воздушным охлаждением средние величины температур,
определенные 'методам сопротивления, не мопут служить критерием
сноха службы изоляции трансформатора. Более правильным являет-
ся измерение максимальной температуры в обмотках (температуры
наиболее нагретой точки) термопарами или температурным детекто-
ром. поскольку cipox службы определяется не «средним» состоянием
изоляции, .а ее (повреждением '.в наиболее слабом месте.
6—472	81
.При тепловом старении 'моделей нагревание их производится
током, пропускаемы'М через обмотки. Обмотки группы моделей, ис-
пытываемых при одной температуре старения, соединяются последо-
вательно, что обеспечивает одинаковую и,х температуру. Одна из
моделей ,в такой группе имеет термопары, служащие для контроля
и регулирования температуры обмоток и 'изоляционного цилиндра.
Эта модель .иапытан-и'ям электрической прочности изоляции не под-
вергается. Температура наиболее нагретой точки обмотки при теп-
ловом старении должна 'выдерживаться ® пределах ±2° С, поскольку
большие 'колебания могут вызвать значительные погрешности в опре-
делении срока службы моделей.
Функциональные испытания модели заключаются 'в циклическом
воздействии на ее изоляцию .нагревания, влаги и электрического по-
ля. Примерный цикл старения состоит из следующих этапов:
1)	нагревание .и выдержка при температуре старения;
2)	-охлаждение модели до комнатной температуры;
3)	определение диэлектрических характеристик;
4)	выдержка в среде с относительной влажностью 95% во вла-
гокамере в течение 24 ч;
5)	определение диэлектрических характеристик спустя ограни-
ченное время после изъятия из влагокамеры.
Затем следует повторение цикла и т. д. до разрушения изоля-
ции.
Температура и продолжительность .периода старения выбираются
с таким расчетом, чтобы для разрушения изоляции требовалось
в среднем от 5 до 10 циклов. Таким образом, продожительность
той части цикла, когда модель подвергается воздействию нагрева-
ния, для разных температур старения будет различной. Тем самым
модели, подвергаемые «старению» при различных температурах, на-
ходятся в равных условиях в отношении воздействия влажной сре-
ды и испытаний приложенным напряжением. Ориентировочная про-
должительность периода теплового старения в одном цикле испы-
таний -на срок службы трансформаторов с изоляцией класса Н ука-
зана в табл. 4-13.
Таблица 4-13
Температура старения, °C	325	308	292	276
Продолжительность периода теп- лового старения, сутки	2	4	8	16
261
32
Величины испытательных напряжений при .испытаниях элемен-
тов изоляционной системы модели должны соответствовать требова-
ниям, предъявляемым к изоляции на практике, а также должны
быть выбраны с учетом методики испытаний. Очевидно, что для
испытаний, проводимых при комнатной температуре, .величина испы-
тательных напряжений должна быть принята большей, чем при испы-
тании изоляции в нагретом состоянии. Это требование обусловлено
тем, что при рабочих температурах электрическая прочность изоля-
ции существенно снижается. Кроме того, более жесткие условия
испытания позволяют рассчитывать на наличие запаса надежности
изоляции при работе в нормальных эксплуатационных условиях.
82
сЭтими соображениями обосновывается применение 100%-ных ве-
личин испытательных напряжении, применяемых при заводских кон-
трольных испытаниях.
Определение срока службы изоляционных материалов основано
на законе скорости химических реакций (закон Аррениуса):
Ъ
t = Ает ,	(4-1)
где I — срок службы образцов при температуре Т;
Т — температура старения, град абсолютной шкалы;
А, Ь — постоянные, зависящие от свойств материалов и рода окру-
жающей среды;
е — основание натуральных логарифмов.
Указанную зависимость часто называют «кривой жизни» изоля-
ции.
В работе [Л. 15] зависимость срока службы изоляции от темпе-
ратуры теплового старения представлена в виде
t = А1е~ав,	(4-2)
где в — температура теплового старения, °C.
В диапазоне температур 125—280° С для изоляции класса А на
основании многочисленных экспериментов установлено значение а=
=0,0865. Это значение а, как показано в [Л. 15], приводит к так
называемому 8-градусному правилу: каждые 8° повышения темпера-
туры изоляции сокращают ее срок службы вдвое.
Выражение (4-1) является более общей формой записи зависи-
мости срока службы изоляции от температуры теплового старения.
Логарифмируя уравнения (4-1) и (4-2), имеем соответственно:
Ь
у = In t = In А +	(4-3)
^=1п (=1п Al—а(Т—273).	(4-4)
Выражение (4-3) представляет собой гиперболическую функцию,
а (4-4) — уравнение прямой, которая является линейной аппорокси-
мацией одной из ветвей гиперболы для определенного диапазона тем-
ператур.
Уравнение (4-2) ие объясняет различие «градусных правил» для
разных диапазонов температур, которое экспериментально усановле-
но Ф. М. Кларком [Л. 41]. Между тем, если принять, что при изме-
нении температуры на АТ град срок службы изменяется в 2 раза, то
из уравнения (4-1) имеем:
ь
ет
—ь~ = 2.
еТ + АТ
откуда
ДГ=Ё4^--	<4-5>
Т 1
6*
83
Как видно из выражения (4-5), использование уравнения (4-1)
приводит к зависимости «градусного правила» от температуры теп-
лового старения.
Поскольку уравнение (4-1) содержит два постоянных коэффи-
циента, достаточно иметь две пары известных величин (Л, Т\ и 6,
Гг), определяющих .две точки на прямой, которая представляет урав-
нение (4-1) в соответствующих координатах: логарифм срока служ-
Int.
Int,
J	/	/ ношение,
Г,	Т?	V нил <4 •)
Рис. 4-13. Зависимость
срока службы изоляции
от температуры старения
бы по оси ординат (In t) и по оси
абсцисс — величина, обратная абсолют-
ной температуре (1/7’).
Любая третья пара величин может
быть уже получена графически (рис.
4-13) на .прямой, 'Проходящей через две
известные точки, или аналитически.
Если постоянная Ь, называемая ино-
гда также коэффициентом износа, изве-
стна, то для экстраполяции достаточно
одной известной точки (t-;, Т?), чтобы
получить допустимую рабочую темпера-
туру Тх для заданного расчетного срока
службы (|. Для этого используется соот-
которое вытекает из уравне-
Ь
-Г-	(4'б)
In ----г~^~
Г2 / 2
’	b '
In t — In А -f- -у
Значения постоянной b для разных ви-
дов изоляции и окружающей среды,
применяемых в сухих трансформаторах нормального и герметизиро-
ванного исполнения, приведены в табл. 4-14 [Л. 40].
Таблица 4-14
Основной	материал	Пропитывающий лак	Окружаю- щая среда	Постоян- ная, в
Стекловолокно 			Кремнийорганиче- ский	Воздух	14 200
Асбест . .		То же		10 900
Обмоточный	провод . .			17 400
Асбест . .			Азот	16 900
Асбест . .		Фенольно-формальде- гидны 1	*	14 400
В случае, когда постоянная Ь известна, для испытаний доста-
точно одной группы образцов. В общем случае, когда отсутствуют
подробные данные о зависимости срока службы используемых изо-
ляционных материалов от температуры, следует учитывать, что при-
веденная закономерность (4-1) не всегда дает надежные результаты
84
Поэтому испытания проводятся по меньшей мере на трех груп-
пах образцов при трех различных температурах и экстраполяция не
может быть надежно проведена достаточно далеко.
Полученные тэи точки будут показывать, выполняется ли ука-
занная закономерность. При этом экстрополяния должна основы-
ваться на данных срока службы одних и тех же компонентов, со-
ставляющих изоляционную конструкцию. С этой целью данные по
каждому виду повреждения обрабатываются отдельно. Для каждо-
го вида повреждения путем экстраполяции определяется температур-
ный класс. Самое низкое из полученных значений следует считать
определяющим класс изоляции всего трансформатора. Ввиду того,
что результаты испытания небольших моделей должны быть распро-
странены на трансформаторы, имеющие значительно большее коли-
чество изоляции, можно ожидать, что величина срока службы транс-
форматора будет близка к минимальному значению, полученному
для группы моделей, с общей площадью поверхности изоляции,
близкой к площади изоляции трансформатора прототипа.
Как указывалось выше, распределение температурных полей
в модели должно задаваться на основании изучения трансформато-
ра — прототипа модели. Однако разности температур различных ча-
стей, например наиболее нагретой точки обмотки и изоляционного
цилиндра при рабочей температуре (АД) и при температуре старе-
ния (АГ2),ие должны оставаться постоянными. Может быть показано,
что эти градиенты являются функцией температуры старения и по-
стоянных коэффициентов износа:
61 й1 —,	(4-7)
Г2 Г. Г, —АГ,
где 7\— рабочая температура, °К;
Т2— температура старения, °К;
bi и Ь2—коэффициенты износа соответственно для материала ци-
линдра и обмоточного провода.
При равных коэффициентах износа необходимая разность тем-
ператур частей изоляционной системы ДТ^ при температуре старе-
ния Т2 будет [Л. 38]:
ДТ’,7’1
&Т2 =----S--------------г~.
Т\ + АГ, (Гг — Т.)
(4-8)
Расчет срока службы изоляции трансформатора согласно урав-
нению (4-1) основывается на температурах наиболее нагретых точек.
В процессе эксплуатации трансформатора температуры наиболее на-
гретых точек его изоляции не остаются постоянными в результате
мгновенных колебаний нагрузки, а также колебаний, обусловленных
сменностью работ, наличием перерывав в работе, ремонтной сменой
и т. д. Для расчета нужны обобщенные статистические данные, на
основании которых можно составить типичные суточные графики на-
грузки участковой подстанции. На основании типичного графика на-
грузки опытным путем или приближенно (по известным аналитиче-
ским зависимостям) можно получить кривую температур наиболее
нагретой точки обмотки в функции времени
85
Пример такой зависимости ‘Представлен на рис. 4-14, где кривая
максимальных превышений температур обмотки НН получена в пред-
положении, что участковая подстанция нагружена 12 ч в сутки но-
минальной нагрузкой и во вторую половину суток нагрузкой, рав-
ной ‘/4 номинальной.
Предположим, что при температуре в наиболее нагретой точке
180°С срок службы изоляции трансформатора составит 20 лег. На
основании этой известной точки кривой старения и известного коэф-
Рис. 4-14 Кривая изменения .превышения темпе-
ратуры наиболее нагретой точки обмотки НН
опытного образца шахтного трансформатора типа
ТСШВ для графика нагрузки.
Р„ — 12 ч; УЛ —12 ч.
фициента .износа можно рассчитать вероятный срок службы изоляции
при фактических температурах наиболее нагретой точки изоляции.
Метод расчета основывается на вычислении эквивалентного вре-
мени старения при 180° С .для каждого отрезка времени старения при
температурах, отличных от указанной. Иными словами, определяет-
ся, какое время старения .при температуре 180° С необходимо, что-
бы «состарить» 'изоляцию на ту же величину, какая имеет место
при данной температуре для определенного отрезка времени.
Очевидно, что фактический полный срок службы изоляции транс-
форматора /ф будет во столько раз отличаться от срока службы
t„ при 180° С, как относится к 24 ч сумма эквивалентного времени
86
старения за сутки, выраженная в часах для типичного суточного
графика нагрузки:
24
<Ф=<н-24-------’	(4'9)
7./экв *
1=1
где /аквг — эквивалентный износ изоляции за 1 ч,
t^i = e V' Гн/.	(4-10)
С учетом сделанных выше предположений расчетный срок службы
трансформатора, нагревание которого происходит согласно рис. 4-22,
будет около 11 лет. Если же считать, что трансформатор непрерыв-
но имеет номинальную нагрузку, то для температуры наиболее на-
гретой точки 210° С, которая имеет место в длительном номинальном
режиме, срок службы изоляции составит всего около 2 лет. При тем-
пературе обмотки ниже 150° С (около 13 ч согласно рис. 4-14) экви-
валентное время старения будет пренебрежимо мало. Однако за
время около 10 ч при номинальной нагрузке и за первый час охлаж-
дения при Ча нагрузки эквивалентный износ составляет около 44 ч.
На основании изложенного метода расчета может быть разрабо-
тана таблица вариа!Нтов ежесуточных нагрузок, при которых полу-
чается либо заданный срок службы, либо заранее предусмотренное
уменьшение срока службы. Такие расчеты позволяют оценить также
перегрузочную способность трансформатора при реальных цикличе-
ских нагрузках.
При наличии годовых колебаний температуры окружающей сре-
ды они должны быть приняты во внимание при .расчете.
ГЛАВА ПЯТАЯ
РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА
5-1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
В задании на проектирование трансформатора для
передвижной шахтной подстанции (равно как и для
обычного силового трансформатора) должны быть ука-
заны следующие исходные данные:
1)	номинальная мощность трансформатора Рп, ква',
2)	число фаз т;
3)	частота f, гц;
4)	номинальные линейные напряжения первичной и
вторичной обмоток—Ui и U%, в;
5)	напряжение короткого замыкания 17к, %;
6)	схема и группа соединений обмотки;
7)	способ охлаждения трансформатора;
87
8)	класс нагревостойкости изоляции трансформато-
ра или допустимые превышения температуры активных
частей трансформатора над температурой окружающей
среды;
9)	предельные габаритные размеры трансформа-
тора.
Кроме того, в задании могут быть установлены сле-
дующие основные характеристики:
10)	'потери короткого замыкания Рк, вт;
11)	потери холостого хода Ро, вт;
12)	ток холостого хода /0, %•
Вместо характеристик по пп. 10 и 11 могут быть за-
даны суммарные потери трансформатора или к. п. д.
5-2. ОСОБЕННОСТИ ГЕОМЕТРИИ ШАХТНОГО
ТРАНСФОРМАТОРА С ЕСТЕСТВЕННЫМ
ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
Приступая к проектированию трансформатора, наря-
ду с основными расчетными параметрами необходимо
определить принципиальную конструктивную схему
трансформатора и в ходе расчета выбирать конструк-
ции магнитопровода, обмоток, отводов и других узлов
и деталей.
Уже на самой ранней стадии расчета следует произ-
вести выбор типа кожуха (прямоугольного, овального
или круглого, с гофрированными стенками, с приварен-
ными ребрами или трубами и т. д.). Необходимость та-
кого выбора обусловлена тем, что размеры выемной
части будут определяться вписыванием в круглую или
иную форму сечения кожуха. Заранее следует опреде-
лить, будет ли магнитопровод трехстержневой, обычной
конструкции или с боковыми ярмами, выбрать способ
запрессовки стержней и т. д.
Выбор принципиальной конструктивной схемы транс-
форматора и конструкции его узлов производится на
основании ряда предварительных эскизных разработок
и расчетов трансформатора, с помощью которых оцени-
ваются экономические показатели различных вариан-
тов конструктивных решений, удовлетворяющих проект-
ному заданию.
Геометрия шахтного трансформатора с естествен-
ным воздушным охлаждением нередко получается от-
88
личной от оптимальной, т. е. размеры его большей
частью не могут быть взяты такими, которые определя-
ются пз условия минимальных затрат на активные ма-
териалы для заданного уровня потерь. В то время как
для серии нормальных силовых трансформаторов, сухих
или масляных, геометрические размеры (/) возрастают
с увеличением мощности (Р) примерно в соотношении
1 = УР,	(5-1)
для шахтных трансформаторов с круглым цилиндриче-
ским кожухом высота магнитопровода для всей серии
остается примерно одинаковой, а диаметры стержней,
естественно, возрастают быстрее, чем по указанной вы-
ше зависимости. В силу ограничений по условиям впи-
сывания в заданные габариты для шахтных трансфор-
маторов, так же как и для самых мощных силовых
трансформаторов, находят применение конструкции маг-
нитопровода с боковыми ярмами.
На выбор основных соотношений и размеров в шахт-
ном трансформаторе с естественным воздушным
охлаждением оказывают влияние не только экономиче-
ские соображения и требования к габаритам. Перво-
степенное значение имеет вопрос получения приемле-
мых значений температур активных частей.
При выборе основных размеров трансформатора
нужно учитывать, что развитие поверхности охлажде-
ния кожуха, как наружной, так и внутренней, с точки
зрения получения допустимых значений превышения
температуры активных частей трансформатора над тем-
пературой окружающей среды равноценно вложению
дополнительного количества меди или стали. Нужно
оценить экономическую целесообразность всех этих
возможностей.
Согласно [Л. 6] для выбора наиболее целесообраз-
ных вариантов капитальных вложений необходимо со-
поставлять полученные сроки окупаемости или коэффи-
циенты эффективности дополнительных капитальных
вложений с нормативными значениями этих показа-
телей.
Нормативный коэффициент эффективности в настоя-
щее время принимается для энергетики равным 0,125,
что соответствует сроку окупаемости 8 лет.
89
На основании указанного выше положения проф-
П. Г. Грудинским разработана методика технико-эконо-
мического обоснования выбора уровня и соотношения
потерь в трансформаторах; эта методика исходит из
условия получения минимума полных затрат на транс-
формацию электроэнергии и позволяет наиболее полно
учесть все факторы стоимости. Она применяется и при
проектировании шахтных трансформаторов.
На основании предложенной П. Г. Грудинским мето-
дики может быть решен вопрос о выборе варианта
трансформатора, наиболее выгодного с точки зрения
народнохозяйственного эффекта, а также может быть
получено экономическое обоснование выбора шкалы
мощностей трансформаторов, проведено сравнение раз-
личных конструктивных решений, получено обоснова-
ние выбора значений электромагитных нагрузок актив-
ных частей трансформатора.
В частности, с помощью данной методики может
быть установлено, что плотность тока в обмотках шахт-
ного трансформатора с изоляцией класса Н при дей-
ствующих в настоящее время ценах на обмоточный про-
вод с кремнийорганической изоляцией должна выби-
раться наибольшая допустимая по условиям нагре-
вания.
В практике заводского проектирования выбор ос-
новных размеров трансформатора (диаметр стержня,
высота окна, расстояние между осями) производится
обычно путем расчета ряда вариантов для различных
диаметров стержней. Такой метод выбора основных ве-
личин принят в связи с тем, что известные, так назы-
ваемые «теоретические», методы определения основных
размеров трансформатора [Л. 2] обычно основываются
на заранее известных опытных величинах, например
коэффициентов заполнения окна fM и заполнения
сталью описанной окружности стержня fc, предусмат-
ривают возможность неограниченного изменения высо-
ты окна, возможность решения проблемы охлаждения
без существенного изменения величин fM и fc, а также
электромагнитных нагрузок (индукций и плотностей
тока) в пределах серии. Тепловой расчет шахтного
трансформатора с воздушным охлаждение?*! является
значительно более сложным, чем расчет масляного при
естественном охлаждении (см. § 5-5), поэтому в расче-
90
ты по выбору основных размеров такого трансформа-
тора трудно ввести ограничения, свбязанные с нагрева-
нием активных частей.
Вследствие того, что для трансформатора с естест-
венным воздушным охлаждением во взрывобезопасной
оболочке проблема охлаждения чрезвычайно трудна.,
при проектировании трансформаторов мощностью по-
рядка 180 ква и более высота окна магнитопровода вы-
бирается наибольшая возможная для получения наи-
большей эффективной поверхности охлаждения обмо-
ток. Это следует из определения коэффициента эффек-
тивности ц вертикальных воздушных каналов (см.
§ 5-6):
а = 0,56#
г Н
где а — ширина воздушного канала;
Н— высота воздушного канала.
Отсюда эффективная поверхность охлаждения об-
моток в канале
Гэф=2л£>сраН=3,52 £)срс°-4Н3''4.
Возможность увеличения эффективной охлаждаю-
щей поверхности за счет увеличения ширины каналов
обмоток ограничена заданной величиной UK, а также
ростом веса обмоточного провода. При уменьшении вы-
соты обмотки возрастание ее среднего диаметра проис-
ходит медленно, и в итоге поверхность охлаждения
уменьшается.
5-3. КРАТКИЙ ОБЗОР МЕТОДИКИ РАСЧЕТА
Многие вопросы расчета шахтного взрывобезопасно-
го трансформатора с естественным воздушным охлаж-
дением или с кварцевым заполнением являются общи-
ми для всех трансформаторов и изложены в пособиях
по расчету {Л. 2, 3]. Поэтому ниже дается лишь крат-
кое изложение схемы расчета и более подробно рас-
сматриваются только вопросы, специфичные для расче-
та шахтных взрывобезопасных трансформаторов, в ча-
стности тепловой расчет.
Расчет трансформатора состоит из ряда перечис-
ленных ниже разделов, разработка которых обычно
производится в указанной ниж§ последовательности,
91
что обеспечивает удобство расчета и наименьшее коли-
чество повторных пересчетов:
1) определение основных электрических величин;
2) определение основных размеров трансформатора;
3) расчет обмоток; 4) определение характеристик ко-
роткого замыкания; 5) определение характеристик хо-
лостого хода; 6) тепловой расчет; 7) расчет механиче-
ских усилий в обмотках.
Кроме того, ряд расчетов, связанных с подробной
разработкой конструкции, выполняется при проектиро-
вании соответствующих деталей и узлов: расчет кожуха
на давление, расчет ярмовых балок, прессующего
устройства обмоток и т. д.
Расчет электродинамических усилий при коротком
замыкании в обмотках трансформаторов с воздушным
охлаждением и с кварцевым заполнением нередко опу-
скается, так как эти усилия, как правило, при значениях
Ик не ниже 4—5% невелики. Это является следствием
применения более низких плотностей тока по сравне-
нию с масляными трансформаторами и соответственно
увеличенных моментов сопротивления проводов обмо-
ток, а также увеличенных опорных поверхностей об-
моток.
Следует, однако, иметь в виду, что при повышенных
температурах механическая прочность меди снижается.
Так, предел текучести мягкой отожженной меди при
температурах до 10(Г С составляет примерно 600 кГ/см2;
при температурах 200—300° С этот предел снижается
до 420 кГ/см2. Предел прочности на разрыв составляет
2 500 кПсм2 при 20° С и 1400 кГ/см2 при 300° С (Л. 32].
При расчете размеров обмоток из провода марок
ПСД или ПСДК двусторонняя толщина изоляции в рас-
чете радиальных размеров принимается 0,5 мм незави-
симо от сечения, что позволяет учесть сравнительно
большие отклонения от номинала толщины изоляции
провода вследствие ее выпучивания по широкой сторо-
не (бочкообразность). При расчете осевых размеров
обмоток сухого трансформатора со стеклотекстолито-
вымп пли керамическими прокладками необходимо учи-
тывать суммирование допусков на толщину прокладок
и предусматривать возможность получения расчетной
высоты обмотки за счет изменения числа прокладок.
92
Усадка такой обмотки при запрессовке практически от-
сутствует.
Плотности тока в шахтных трансформаторах с воз-
душным охлаждением с изоляцией класса Н принима-
ются порядка 1,2—1,8 а/мм? (в некоторых конструк-
циях до 2,7 а/мм2), причем меньшие величины относят-
ся к внутренним обмоткам (обмоткам НН) и большим
мощностям. В трансформаторах с кварцевым заполне-
нием с изоляцией класса Е плотности тока принимают-
ся порядка 1,0—1,7 а/мм2, отринем меньшие значения от-
носятся к большим мощностям и обмоткам ВН, что
объясняется большим сопротивлением тепловому пото-
ку катушек ВН, направленному к корпусу. Несмотря на
малую разницу в плотностях тока для сухого и кварце-
вого трансформаторов, удельный расход меди, кг/ква,
для последних обычно на 30—40% больше. Удельный
расход стали в трансформаторах с кварцевым заполне-
нием в спроектированных сериях соответственно мень-
ше на 20—30%, что объясняется конструктивными раз-
личиями этих двух типов трансформаторов.
Величины индукций в стержне изменяются в сравни-
тельно широких пределах в зависимости от марки
стали и условий охлаждения (ограничений из усло-
вий нагревания) активных частей. Для стали Э-330
толщиной 0,35 мм по ГОСТ 802-54 для трансформато-
ров как с воздушным охлаждением, так и с кварцевым
заполнением допускаются значения индукции в стерж-
не порядка 14 000—15 500 ас; для стали марки Э-330 по
ГОСТ 802-58 могут быть допущены предельные значе-
ния индукции до 16 000 гс.
Необходимость снижения потерь по условиям охлаж-
дения в шахтных трансформаторах вызывает примене-
ние конструкции магнитопровода с косым стыком. Это
позволяет снизить потери холостого хода ориентировоч-
но на 10%. Отжиг листов магнитопровода позволяет сни-
зить потери холостого хода в среднем на 12% и ток
холостого хода примерно на 25%. Однако применение
косого стыка для снижения затрат на покрытие потерь
холостого хода экономически едва ли оправдано при
применении стали не в рулонах, а в листах. Это свя-
зано с усложнением конструкции и технологии изготов-
ления магнитопроводов и увеличением отходов. Для
трансформаторов с кварцевым заполнением, имеющих
93
длинные стержни сравнительно небольшого диаметра,
в которых удельный вес углов магнитопровода по отно-
шению к общему весу стали существенно меньше, чем
для трансформаторов с воздушным охлаждением, при-
менение косого стыка нецелесообразно.
Наличие косого стыка и отжига учитывается в рас-
чете потерь холостого хода с помощью опытных коэф-
фициентов.
Имеются данные, основанные на испытаниях ряда
трансформаторов и образцов в аппарате Эпштейна, что
потери холостого хода при температуре магнитной це-
пи порядка 150° С снижаются для холоднокатаной ста-
ли приблизительно на 4—6%.
При определении потерь в обмотках является замет-
ным влияние на удельное сопротивление меди рабочей
температуры обмоток, которое обязательно должно учи-
тываться. Для трансформатора с рабочей температурой,
например, 170° С коэффициент удельных потерь в меди
должен быть принят 3,13 вт/кг (вместо 2,4 вт!кг при
75° С) из соотношения
ОСМ = _£_ [ 1 4- 0,0395 (S — 20)]  103, вт[кг,	(5-2)
где S- — рабочая температура обмоток, °C;
р — удельное сопротивление меди, принимаемое при
20°С равным 0,0175 ом-м[мм?\
у —удельный вес меди (8,9 кг[дм3).
Потери в кожухе, ярмовых балках и других деталях
от потоков рассеяния для шахтных трансформаторов
с воздушным охлаждением составляют по опытным дан-
ным в среднем около 10%, достигая в отдельных слу-
чаях наибольшей величины 20%.
5-4. КОНСТРУКЦИЯ ГЛАВНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ШАХТНОГО
ТРАНСФОРМАТОРА С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
Испытательные напряжения обмоток шахтного
трансформатора принимаются согласно табл. 5-1, как
для электрооборудования с облегченной изоляцией. Пи-
тание со стороны ВН шахтных трансформаторов осу-
ществляется от кабельных линий, и воздействие атмо-
сферных перенапряжений на них исключено.
94
Таблица 5-1
Испытательные напряжения обмоток трансформатора
с воздушным охлаждением
Класс изоляции, кв	До 0,69	3	6	10
Испытательное напряжение, кв	3	12*	16	24
* Согласно ГОСТ 1316-60 10 кв.
Конструкции и размеры основных промежутков
главной изоляции трансформаторов даны ниже на
рис. 5-2, 5-3, и в табл. 5-2—5-5.
Таблица 5-2
Испытатель- ное напряже- ние обмотки ВН, Кб	А		В		дц		ь		Е		АМФ	
	I	II	I	II	I	II	I	II	1	II	1	II
3	10	10	15	15				-			.			10	10						
12	15	17	30	35	3	3	15	17	17	20	2	2
16	22	26	45	50	4	4	25	26	25	30	3	3
24	40	50	80	100	5	5	40	50	45	50	3	3
Таблица 5-3
Испыта- тельное напряже- ние обмот- ки ВН, Кв	А		В		b	
	I	II	I	П	I	II
16	20	24	40	45	20	24
24	37	45	75	90	35	45
Таблица 5-4
Испыта- тельное напряже- ние обмот- ки ВН, кв	А		В		b	
	I	II	I	II	I	II
16	18	20	40	45	18	20
24	30	37	75	90	30	40
95
Таблица 5-5
Испытатель- ное напряже- ние обмотки НН, кв	о		В,				ь	
	I	П	I	II	I	II	I	II
3	10	10	15	15	0,5	0,5					
12	17	20	35	35	3	3	20	20
16	27	32	55	65	5	5	30	35
Размеры промежутков главной изоляции рассчитаны
согласно данным А. В. Сапожникова (Л. 4], основанным
на опытных кривых напряжения появления короны, по-
Рис. 5-1. Изоляционные
расстояния между отво-
дами трансформаторов
с воздушным охлажде-
нием.
Рис. 5-2. Размеры главной изоляции
обмоток ВН и НН трансформатора
с воздушным охлаждением (при на-
личии реек между обмотками и ци-
линдром ВН).
/ — между неизолированны-
ми проводами, между неизо-
лированным проводом и за-
земленной частью любой
формы; 2 — между изолиро-
ванным проводом (ПРГ) и
заземленной частью любой
формы; 3— между изолиро-
ванными проводами.
1 — стержень магнитопровода; 2 — изоля-
ционный цилиндр обмотки НН; 3 — обмот-
ка НН; 4 — изоляционный цилиндр обмот-
ки ВН; 5 —обмотка ВН; 6 — междуфазная
перегородка; 7 — ярмо.
лученных при комнатной тем-
пературе (20°С).
При проведении типовых
испытаний изоляции трансформатора температура воз-
духа в изоляционных промежутках у верхнего края об-
мотки ВН будет близка к средней по сопротивлению тем-
пературе обмотки. Напряжение появления короны с по-
вышением температуры снижается примерно обратно
пропорционально абсолютной температуре воздуха. Счи-
96
тая, что появление короны допускается при напряжении
не ниже 0,9 испытательного, и учитывая 30%-ный раз-
брос опытных данных, была получена формула для рас-
четного напряжения, по величине которого определяются
размеры главной изоляции для различных температур:
U —U —	+ **	С5-31
игасч— ^исл0 7- 273 4-20 ’	'° >
где t/рагч — расчетное напряжение, кв;
6ИСП— испытательное напряжение, кв',
•О—средняя по сопротивлению температура
обмоток, °C;
Формулу (5-3) можно использовать для приближен-
ного определения расстояний между отводами, между
Рис. 5-3. Размеры главной изоляции об-
мотки ВН, намотанной непосредственно
на изоляционный цилиндр.
/ — стержень магннтопровода; 2 — изоляцион-
ный цилиндр обмотки НН; 3— обмотка НН;
4— изоляционный цилиндр обмотки ВН; 5 —
обмотка ВН; 6 — междуфазная перегородка;
7 — ярмо.
отводами и заземленными частями при различных рабо-
чих температурах с помощью кривых рис. 5-1.
Минимальные изоляционные расстояния для случая,
когда цилиндр ВН отделен от обеих обмоток рейками,
для цилиндрической или катушечной обмотки ВН
(рис. 5-2) приведены в табл. 5-2. Минимальные изоля-
ционные расстояния, включая допуски на производст-
венные отклонения, приведены для расчетной средней
по сопротивлению температуры обмоток 115° С в гра-
фе I и для расчетной температуры 170° С в графе II.
7—472	97
При отсутствии реек между обмоткой НН и цилинд-
ром ВН некоторые основные изоляционные расстояния
для испытательных напряжений 16 и 24 кв могут
быть сокращены и приняты согласно табл. 5-3. Осталь-
ные расстояния принимаются согласно табл. 5-2 без
изменений.
По табл. 5-4 выбирают изоляционные расстояния,
если обмотка ВН —слоевая и намотана непосредствен-
но на цилиндр (рис. 5-3), а в канале между обмоткой
НН и цилиндром ВН рейки отсутствуют.
Изоляционные расстояния для обмотки НН с обо-
значением размеров согласно рис. 5-2 приведены
в табл. 5-5.
Сокращение изоляционного расстояния от обмотки
до ярма магнитопровода может быть достигнуто за счет
применения угловых шайб [Л. 2].
5-5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА
С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
Расчет нагревания активной части трансформатора
в случае естественного воздушного охлаждения значи-
тельно сложнее, чем масляного, поскольку теплопере-
дача в нем осуществляется не только с помощью кон-
векции, как для масляного трансформатора, но и с по-
мощью лучеиспускания. Кроме того, в сухом трансфор-
маторе теплообмен отдельных частей, как, например,
магнитопровода и ближайшей к нему обмотки (обычно
НН), заметно влияет на температуру этих частей.
В масляном же трансформаторе, как известно, доста-
точно небольшой прослойки масла как между различ-
ными обмотками, так и между обмоткой и магнитоиро-
водом, чтобы вести их тепловой расчет совершенно не-
зависимо друг от друга.
Расчет температур шахтного сухого трансформатора
с естественным воздушным охлаждением отличен также
и от такового для нормального сухого трансформатора.
Последний охлаждается с помощью лучеиспускания и
свободной циркуляции окружающего воздуха, имеющего
температуру помещения, где установлен трансформа-
тор. Температура окружающего («наружного») воздуха
для активной части шахтного трансформатора пред-
ставляет собой температуру воздуха внутри оболочки
98
Рис. 5-4. Передача
тепла через стенку
с наружными и вну-
тренними ребрами.
(кожуха), в которую она заключена, а для учета тепло-
отдачи лучеиспусканием в расчет должна быть введена
температура стенок кожуха.
Обозначим превышение температуры воздуха внутри
кожуха над температурой воздуха в помещении, где
установлена подстанция, через тв. Превышение темпе-
ратуры воздуха внутри кожуха яв-
ляется суммой превышения темпе-
ратуры воздуха внутри кожуха над
температурой кожуха т'в и превы-
шения температуры кожуха над
температурой наружного возду-
ха (тк):
тв=т'в+тк.	(5-4)
Введение понятия о превышении
температуры воздуха внутри кожу-
ха над температурой кожуха целе-
сообразно для того, чтобы выявить
роль внутренней поверхности кожу-
ха. В шахтном трансформаторе
с воздушным охлаждением в отли-
чие от масляного с естественным
охлаждением площади внутренней и
наружной поверхностей могут быть
неодинаковы, и их величины долж-
ны учитываться при расчете.
Процесс передачи тепла от активных частей транс-
форматора к наружному воздуху можно рассматривать
как теплопередачу через ребристую стенку (рис. 5-4).
Стенка кожуха толщиной а из материала, коэффи-
циент теплопроводности которого равен X, снабжена
ребрами с обеих сторон. Поверхность плоской стенки
равна F. С внутренней стороны поверхность, составлен-
ная из поверхностей ребер и самой стенки между реб-
рами, равна Fi, с наружной стороны поверхность ребер
и стенки F2.
При установившемся тепловом состоянии полный
перепад температур воздуха или иного газа с внутрен-
ней и наружной стороны стенки равен:
7*
’в=а'в — ^a = Pt
(5-5)
99

где Ов — температура воздуха внутри кожуха;
&н — температура наружного воздуха;
—- суммарное количество тепла, выделенного
в трансформаторе за единицу времени;
<Zj и а2 — коэффициенты теплоотдачи соответственно
для внутренней и наружннй поверхностей.
Поскольку перепад температур по толщине стенки
очень мал, то в уравнении (/5-5) средний член выраже-
ния, заключенного в скобки, может быть опущен без
ущерба для точности расчета.
Если расчет вести на единицу внутренней поверхно-
сти, то из уравнения (5-5) получим:
(5-6)
где
Расчетное уравнение для определения тк приводится
ниже:
Л
агРг
(5-8)
Выражения (5-6), (5-7) и (5-8) применяются в прак-
тических расчетах нагревания шахтного сухого транс-
форматора. Величины си и а2 определяются на основа-
нии опыта. Для ребристых кожухов шахтных трансфор-
маторов типа ТСШВ эти величины ориентировочно рав-
ны: а2=5—6 вт/л2; ai=15—18 вт/м2. При этом вели-
чины температур кожуха и воздуха внутри кожуха взя-
ты средние, поскольку в различных точках они суще-
ственно различаются.
Усреднение температуры поверхности кожуха при
обработке опытных данных производится по формуле
Л___2 "Г •  • -J- п
— F1 + F24-...+F„	’
где Flt F2, ..., Fn — площади участков поверхности
с постоянной температурой;
01, 02,  • , On — температуры этих участков.
100
Температура воздуха внутри кожуха принята как
средняя величина из ряда замеров температур в раз-
личных по высоте точках на определенном расстоянии
от обмотки.
Коэффициенты теплоотдачи щ и ач содержат тепло-
отдачу как конвекцией, так и лучеиспусканием. Как из-
вестно из законов теплоотдачи лучеиспусканием, при
увеличении количества наружных ребер и неизменной
величине огибающей поверхности оболочки количество
тепла, отданного лучеиспусканием, не изменится; уве-
личится лишь количество тепла, отдаваемого конвек-
цией. Отсюда коэффициент ач можно считать постоян-
ным при изменении наружной поверхности F2 только
при условиях сохранения величины коэффициента, учи-
тывающего отношение площадей наружной поверхности
кожуха и поверхности гладкой стенки:
Изменяя величину внутренней поверхности, как
гладкой, так и ребристой, изменить количество тепла,
получаемого ею лучеиспусканием, нельзя. Поэтому ко-
эффициент теплоотдачи щ обязательно изменяется с из-
менением площади поверхности Fi. Можно лишь при-
нять для расчетов среднюю величину этого коэффици-
ента, полученную для определенного диапазона раз-
меров.
Расчет температур кожуха с вертикальными гофри-
рованными стенками или приваренными вертикальными
ребрами может быть произведен путем учета теплоотда-
чи отдельно излучением и конвекцией. При такой слож-
ной форме поверхности за поверхность свободного луче-
испускания принимают огибающую поверхность.
Для расчета коэффициента теплоотдачи лучеиспуска-
нием при превышении температуры стенок над темпера-
турой окружающего воздуха в пределах 25—70° С ис-
пользуется следующая приближенная зависимость:
ал яг Зт] — &0, emfAF-град, (5-10)
где т] — коэффициент, учитывающий отличие, данной
поверхности от абсолютной черной;
'в'к — температура стенки кожуха, °C;
©о—температура окружающей среды, °C,
101
Для стальных и чугунных (матовых) поверхностей
т) = 0,95.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией для вертикаль-
ной поверхности.
aK = 2,5j/&K— &0, вт/м^-град.	(5-11)
Для горизонтальных поверхностей постоянный коэф-
фициент равен не 2,5, а 3.
Для вертикальной волнистой поверхности (рис. 5-5)
при расчете теплоотдачи конвекцией учитывают полную
Рис. 5-5. Волни-
поверхность, умножая ее на попра-
вочный коэффициент
а2
200’
(5-12)
где
а = — <Г 8 и а>20 мм.
а
сгая поверхность
кожуха трансфор- Наряду с расчетом теплоотдачи
матора. через ребристые стенки кожуха в ряде
случаев требуется сначала рассчитать
ребристую часть, т. е. установить необходимые размеры
ребер и их количество, обеспечивая при этом эффектив-
ное использование материала.
Количество тепла Q, ккал/ч, отдаваемого с ребра
[Л. 19],
Q=Mhmt>lthmh,	(5-13)
где
(5-14)
здесь X—коэффициент теплопроводности материала
ребра, ккал/м- ч-град;
I, h и б — соответственно длина, высота и толщина реб-
ра, м;
а — коэффициент теплоотдачи поверхности ребра,
ккал/ч • м2 • град',
Oi — температура стенки у основания ребра, °C.
Температура Фг на конце ребра (рис. 5-4), если пре-
небречь теплоотдачей с торца,
&	-J—
2	1 ch mh
(5-15)
102
В приведенных выше формулах значения гиперболи-
ческих функций для аргумента mh обычно находят по
таблицам.
В практических расчетах теплоотдача с торца может
быть довольно точно учтена .путем условного увеличения
высоты ребра на половину его толщины.
Сопоставив теплоотдачу ребер на единицу длины при
заданном коэффициенте теплоотдачи для различных
толщин и высот ребра, можно прийти к выводу, что уве-
личение толщины ребра выше 4—6 мм представляет со-
бой наименее эффективный путь увеличения теплоотда-
чи. Увеличение высоты ребра эффективнее, но при этом
требуется увеличение габаритов трансформатора и с рос-
том высоты рёбра h теплоотдача на единицу поверхно-
сти уменьшается.
Наиболее целесообразно в ряде случаев повышение
теплоотдачи за счет увеличения количества ребер. Огра-
ничением в этом случае является наличие трения воздуха
о стенки кожуха и ребра, в результате чего при расстоя-
нии между ребрами менее 30—40 мм коэффициент тепло-
отдачи конвекцией быстро снижается.
Для поверхностей сложной формы целесообразно
определять отдельно коэффициенты теплоотдачи для
различных элементов поверхности: ребер (нижних и
верхних), поверхностей стенок, крышек, труб и т. д., по-
скольку эти величины существенно отличаются и их
сравнительная эффективность для теплоотдачи — раз-
лична.
5-6. РАСЧЕТ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУР ОБМОТОК
И МАГНИТОПРОВОДА
Как уже указывалось, активные части трансформа-
торов с воздушным охлаждением отдают тепло стенкам
кожуха посредством конвекции и излучения. В случае,
если зависимость превышений температур от удельных
тепловых нагрузок наружных и внутренних поверхностей
обмоток и магнитопроводов известна, оба процесса не
разделяются.
Методика теплового расчета, разработанная на Мос-
ковском электрозаводе для трансформаторов с естест-
венным воздушным охлаждением с изоляцией класса В,
исходит из полученного опытным путем соотношения
103
между превышениями температур т, °C, и удельными
тепловыми нагрузками q, вт/м2,
т=0,36?°.8.
(5-16)
Далее все величины, относящиеся к магнитопроводу,
обозначаются индексом 0; величины, относящиеся
к внутренней обмотке (обычно НН) и наружной обмотке
(обычно ВН), обозначаются соответственно индексами
1 и 2. Обмотки трансформатора рассматриваются верти-
кальные цилиндрические, расположенные на стержне
концентрично.
В приведенных ниже формулах приняты следующие
обозначения:
So — открытая поверхность магнитопровода;
2S'O— суммарная поверхность в каналах маг-
нитопровода, включая наружную поверх-
ность стержней!
LS'j — суммарная поверхность в каналах об-
мотки /;
S2 — открытая (наружная) поверхность обмот-
ки 2;
XS'2— суммарная поверхность в каналах об-
мотки 2;
S"1_o и S"I_0 — поверхности магнитопровода и обмот-
ки /, прилегающие к каналу между
ними;
S"_2 и S"2.i — поверхности обмоток 1 и 2, прилегаю-
щие к каналу между ними;
а0, at и а2 — коэффициенты эффективности отдачи
тепла конвекцией в каналах соответст-
венно магнитопровода и обмоток 1 и 2.
Охлаждающие поверхности обмоток, обозначенные Szi
S"i, S2, S'2, S"2, представляют собой действительные пло-
щади соответствующих цилиндрических поверхностей
обмоток за вычетом площади, занятой клиньями, рейка-
ми и т. п. Поверхности магнитопровода So, Sz0 и S"o
представляют собой:
So — верхнюю горизонтальную поверхность верхнего
ярма, торцовые и боковые поверхности верхнего
и нижнего ярм за вычетом площади, покрытой
плохо проводящими тепло клиньями, планками
и т. д.
104
S'q — действительная поверхность в каналах магнито-
провода, в том числе и действительная наруж-
ная поверхность стержней S"o, за вычетом пло-
щади, закрытой клиньями, планками и т. д.
При расчете температур отдельных элементов внача-
ле определяют предварительные значения превышений
температур магнитопровода и обмоток без учета их вза-
имного влияния, для чего находят:
S2+Sa2S'2 •	(5‘19)
Затем по кривой, определяемой выражением (5-16),
находят предварительные значения превышений темпе-
ратур магнитопровода и обмоток, соответственно т'о,
т'ь т'2.
В формулах (5-17), (5-18) и (5-19) потери в магнито-
проводе и обмотках трансформатора отнесены к так на-
зываемой эффективной поверхности. Величина этой
поверхности принимается равной площади открытой на-
ружной поверхности, равноценной с точки зрения тепло-
отдачи действительной геометрической поверхности маг-
нитопровода или обмоток, как открытой, так и в кана-
лах.
Коэффициенты эффективности отдачи тепла конвек-
цией в каналах вычисляются в зависимости от ширины
канала а и высоты канала Н (размеры в миллиметрах):
4Z”
a = 0,56V %
Т Л
(5-20)
Если между обмотками НН и ВН имеется изоля-
ционный цилиндр, то часть канала между цилиндром и
обмоткой НН учитывается при определении эффектив-
ной поверхности обмотки НН, а другая часть учитывает-
ся при определении эффективной поверхности обмот-
ки ВН.
При наличии изоляционного цилиндра между магни-
топроводом и обмоткой НН поступают так же.
105
За ширину канала между магнитопроводом и приле-
гающей к нему обмоткой (обычно НН) принимают:
a = ^(D-d),
где D — внутренний диаметр обмотки, мм;
d — эквивалентный диаметр магнитопровода, опре-
деляемый из соотношения
d= 12|/ Q, мм;
Q — сечение стержня, см2.
Приведенные эмпирические соотношения применяют-
ся при каналах 10 мм и более и при температурах до
120° С. Для других диапазонов температур эти соотно-
шения будут, очевидно, несколько иными.
Определив, как указано выше, предварительные зна-
чения превышений температур активных частей транс-
форматора, необходимо учесть наличие теплообмена
между магнитопроводом и обмоткой 1, а также между
обмотками 1 и 2, т. е. вычислить поправки к величинам
т'о, т'1 и т'г- С этой целью определяют разности предва-
рительных значений превышений температур:
— < = —
Затем на основании уравнения (5-16) или графически
по кривой, соответствующей этому уравнению, опреде-
ляют:
л Д<| = ЛД< 1 = 3,591 Д<|*.25;
ЛДЛ | = Л Д< 1 = 3,59 ] Д< I1-25.
Обусловленные разностью температур потоки тепла
на единицу поверхности приближенно принимают:
Д<7'0 — °,5/ IДт,о I So + £S'O’
VJ=0,5f|A<|^;
д9" =0,5ЛД<|%гЧ
Д//а==о,5ЛД<|-ДЧь
О2
10 6
Затем по уравнению (5-16) определяют поправки:
для Д/о;
т'Д1 для &q\;
т"Д1 для Lq'\\
тд> для Д/2.
Окончательно для действительных превышений темпе-
ратур имеем:
т0 = т/0± тДо;	(5-21)
± т'Д1 zt т"Д1;	(5-22)
т2 = т'2±тд/	(5-23)
Правая часть выражений (5-21), (5-22) и (5-23)
имеет знак + или —, обратный знаку величин Дт'о, Дт'ь
Ат"1 и Дт'2.
Полученные значения превышения температуры яв-
ляются средними. Максимальное превышение температу-
ры магнитопровода по опытным данным составляет:
Томакс= (1 »2 -1,3) То-
О максимальных температурах обмоток подробно
изложено в § 5-7.
Горизонтальный канал между обмотками и ярмом
для обеспечения хорошей циркуляции воздуха должен
быть не менее суммарной ширины всех вертикальных ка-
налов, или примерно Vio их средней высоты, большего
из этих двух значений.
В случае, если наружная пли внутренняя обмотка
дисковая, непрерывная или винтовая, в которой секции
(для винтовой обмотки—витки) отделены друг от друга
горизонтальными каналами, расчет отличается только
вычислением коэффициента эффективности отдачи тепла
в горизонтальном канале. Этот коэффициент
(5-24)
где б — ширина канала;
b — радиальный размер обмотки.
107
Коэффициент k по опытным данным равен (в сред*
нем) 1,73 для наружных обмоток и 1,1 для внутренних
обмоток.
Приведенные выше опытные значения коэффициентов
в формулах (5-16), (5-20) и (5-24) получены для гори-
зонтальных каналов размерами 10—24 мм и вертикаль-
ных 10—30 мм при высотах обмоток до 800 мм.
Тепловой расчет сухих трансформаторов с изоляцией
классов F и Н, в которых иногда применяются каналы
шириной менее 10 мм и где процессы теплоотдачи про-
исходят в другом, более высоком диапазоне температур,
дает погрешность в определении температур по приве-
денной методике до ±15%.
Более общий характер имеет методика расчета тем-
ператур обмоток, учитывающая раздельно теплоотдачу
лучеиспусканием и конвекцией. Эта методика может
быть использована не только в случае воздушного
охлаждения, но и в случае заполнения кожуха трансфор-
матора другими газами при соответственном изменении
постоянных коэффициентов. Недостатками этой методи-
ки являются отсутствие учета взаимного влияния нагре-
тых активных частей трансформатора, а также теплоот-
дачи конвекцией в горизонтальных каналах и несколько
большая трудоемкость расчета.
Данный метод сводится к расчету и построению кри-
вых для следующих зависимостей:
а)	Потерь Pt, вт, которые могут быть выделены об-
моткой в охлаждающую среду в зависимости от ее тем-
пературы ft [см. ниже формулу (5-32)],
Л=Л(О).
б)	Потерь Р2, вт, которые создаются в обмотке в за-
висимости от тех же температур,
(5-25)
где ft — температура обмотки, °C;
>2о — сопротивление обмотки при 20° С, ом-
I — ток в обмотке, а;
Лд — коэффициент добавочных потерь.
Температура обмотки находится на пересечении двух
кривых (рис. 5-6).
108
Определение температур может быть произведено
также без графического построения методом последова-
тельных приближений. Для упрощения расчета в ряде
случаев целесообразно приводить потери в меди к наи-
большей допустимой темпе-
ратуре обмоток. При проек-
тировании обычно стремятся
получить температуру об-
моток, близкую к предель-
ной для данного класса изо-
ляции по нагревостойкости.
Погрешность в результате
такого приведения потерь
невелика и обеспечивает не-
который запас в значении
расчетной температуры об-
моток. При разнице расчет-
ных и средних температур
(по сопротивлению) в обмот-
ках, превышающей 20° С,
ошибка в определении по-
терь в обмотке составляет
около 5%.
Рис. 5-6. Зависимость расчет-
ных 'Потерь, рассеиваемых
охлаждающими поверхностями
в обмотке (Pi), и потерь, кото-
рые фактически выделяются
в обмотке (Pi), от средней тем-
пературы обмотки.
Тепло от обмоток к стен-
кам кожуха передается путем лучеиспускания к конвек-
ции. Лучеиспускание определяется законом Стефана —
Больцмана:
где -t0— коэффициент излучения абсолютно черного
тела;
епр — приведенная степень черноты;
Тг и Т\— абсолютные температуры поверхностей,
участвующих в лучистом теплообмене, ° К-
Подставив значение з0 и приняв с достаточной для
практических расчетов точностью елр = 0,9, получим
расчетную формулу:
qr = 5,15• 10~в (Т\ — Т\ ), вт/ма. (5-26)
109
Опытные данные по теплоотдаче конвекцией прй Сво-
бодном движении жидкостей или газов могут быть
представлены в критериальном виде [Л.19]:
Nu = C[GrPrp.
(5-27)
Из выражения (5-27) может быть получен коэффици-
ент теплоотдачи конвекцией ак путем подстановки соот-
ветствующих значений критериев Нуссельта (Nu). Грас-
гофа (Gr) и Прандтля (Рг):
Nu=^; Рг=^;
А	А
Сг=^-рД&.
Значения С и п в выражении (5-27) являются функ-
цией аргумента Gr Рг и будут различны для разных
участков кривой Nu = f(GrPr).
Расчетные формулы имеют вид:
а)	при 5-102< Gr Рг <;2-107
=	(5-28)
б)	при GrPr>2-107
1
ак —Л2Д&3 ,	(5-29)
где
A=o,54#S;
1	Г Р-
А =0,135 Г^-.
2	Г [Л
Все физические характеристики относятся к средней
температуре:
&т = 4(& + &о).
110
Здесь и выше приняты следующие обозначения:
р—коэффициент объемного расширения, \[град\
g = 9,81 м[сек2— ускорение силы тяжести;
а„ — коэффициент теплоотдачи, ккал] м2-ч-град',
с — удельная теплоемкость ккал!кгград\
X — коэффициент теплопроводности,
ккал/м-ч-град',
у — плотность газа, кг[м*\
[1-—коэффициент динамической вязкости,
кг-сек{м2-,
v — коэффициент кинематической вязкости, м2[Сек\
Д&=&—&0—превышение температуры охлаждаемой по-
верхности над температурой окружающей
среды, °C;
I — высота обмотки, мм.
Значения и Л2 для воздуха при абсолютном дав-
лении р=1 ат в зависимости от определяющей темпера-
туры <Ут даны в табл. 5-6.
Таблица 5-6
"С	—20	0	20	50	100	200
Д,	1,24	1,22	1,17	1,14	1,09	1,05
дг	1,57	1,45	1,35	1,27	1,14	0,97
При давлениях, отличных от атмосферного, значения
коэффициентов, взятых из табл. 5-6, должны быть умно-
жены на р2п, где р — абсолютное давление, ат\ обозначе-
ние п — см. формулу (5-27).
На основании приведенных выше зависимостей коли-
чество тепла, передаваемого конвекцией с единицы по-
верхности обмотки сухого трансформатора, qK, вт/м2,
обычно определяется следующим образом:
. ДО1,25	с
=	(5-30)
При определении тепловой энергии, которая может
быть выделена обмотками при данной температуре, учи-
111
тывается закрытие или взаимное экранирование излу-
чающих поверхностей, а также уменьшение теплоотдачи
за счет сопротивления движению воздуха в каналах.
Потери, рассеиваемые с одной поверхности обмотки,
подсчитываются по формуле
Pi Qr^rikri -f-
(5-31)
а суммарные потери, рассеиваемые со всех п поверхно-
стей обмотки, доступных охлаждению, будут равны:

(5-32)
В приведенных формулах:
Sri и Ski — поверхности обмоток, с которых теплоотдача
осуществляется соответственно излучением и
конвекцией, за вычетом поверхности, закры-
той изоляционными деталями, м2;
kr—коэффициент, учитывающий экранирование
излучающих поверхностей обмоток;
— коэффициент, учитывающий ширину канала,
в котором происходит теплоотдача конвек-
цией.
Коэффициент kr находится по формуле
(5-33)
Углы «закрытия» а, определяются графическим по-
строением для каждого участка поверхности, разбитой
на р одинаковых частей. Как видно из рис. 5-7, угол а,-
представляет собой ту часть центрального угла, в кото-
рой лучи, испускаемые источником, помещенным в точ-
ках 1, 2, 3, ... и т д., экранированы соседними телами.
Коэффициент kr, равный для наружных вертикальных
поверхностей обмоток отношению свободно излучающей
ко всей наружной поверхности, составляет для среднего
стержня трехфазного трансформатора примерно 2/л=
=0,64, для крайнего стержня примерно 1/л+1/2=0,82.
112
Так как выравнивание температур между обмотками
разных фаз невозможно, то расчет для трехфазного
трансформатора необходимо вести для среднего стержня.
Для поверхностей в горизонтальных каналах диско-
вых обмоток коэффициент, учитывающий экранирование
kr, может быть получен аналитически:
(5-34)
Рис. 5-7. Графическое определение
коэффициента kr.
а — для наружных цилиндрических поверх-
ностей обмоток; б — для поверхностей ди-
сковых катушек в горизонтальном канале-
Учет охлаждения конвекцией может быть сделан со-
ответствующим увеличением коэффициента 0,5, как это
было сделано в формуле (5-24).
Значения коэффициента kb на основании опытных
данных приведены в виде кривой (рис. 5-8) в зависимо-
8—472	ИЗ
сти от ширины вертикального воздушного канала. Коэф-
фициент А в формуле (5-30) при этом принимается рав-
ным 1,42.
На основании теоретического рассмотрения процесса
теплоотдачи ширина канала в обмотке сухого трансфор-
матора а0, мм, которая обеспечивает свободное (не стес-
ненное) образование потока газа у обоих стенок канала,
зависит от ряда факторов:
(З-ЗЗ)
здесь величина ц выражается в кг  ч/м2; все остальные
обозначения указаны выше.
Рис. 5-8. Зависимость коэф-
фициента kb от ширины вер-
тикального воздушного ка-
нала.
В табл. 5-7 приведены значения коэффициентов теп-
лоотдачи конвекцией ак и оптимальных размеров ка-
налов а0 для различных газов при От=ЮО°С, Д(1=50оС
и при высоте обмоток, равной 400 мм.
Таблица 5-7
Характеристики	Воздух	Азот	Углекис- лый газ	Элегаз	Фреон 12
ак, вт/м2-град	5,21	5,19	5,65	8,5	8
а0, мм	25	25	21	9	10
Из приведенных данных видно, что электроотрица-
тельные газы, к которым относятся элегаз и фреон, об-
ладают хорошей охлаждающей способностью при раз-
мерах каналов, существенно меньших, чем для воздуха
или азота.
Расчетное значение ао для воздуха (ао~20 мм при
•0m=50°C, 0’0=20° С) близко совпадает с опытными ве-
114
личинами, выработанными в практике проектирований
сухих трансформаторов с изоляцией классов А и В.
Подтверждены опытом также зависимости оптимальной
величины канала от его высоты и величины превышения
температуры.
Значения коэффициентов теплоотдачи конвекцией для
различных газов при расчете трансформаторов, напол-
ненных газом, при давлениях, отличных от атмосферно-
го (газонаполненных), могут быть получены анало-
гично указанному выше умножением на коэффициент
р2п.
5-7. МАКСИМАЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБМОТОК
Соотношения между максимальными и средними тем-
пературами обмоток определяются наличием неравно-
мерности в распределении температур в радиальном на-
правлении (что обусловливает радиальные температур-
ные градиенты), неравномерностью в распределении
температур по высоте обмоток (что обусловливает осе-
вые температурные градиенты), а также неравномер-
ностью охлаждения различных фаз сухого трехфазного
трансформатора. На соотношение между максимальны-
ми и средними температурами обмоток оказывают су-
щественное влияние размеры вертикальных и горизон-
тальных каналов в обмотках, высота и радиальные раз-
меры обмоток.
Соотношение между средним превышением темпера-
туры обмотки над температурой окружающей среды,
измеренным по сопротивлению, и максимальным превы-
шением температуры изменяется в довольно широких
пределах:
Тмакс= (1.2—1,6)Тср.	(5-36)
Для обмоток сухих трансформаторов соотношение
между превышением температуры наиболее нагретого
места и средним превышением температуры, измерен-
ным по сопротивлению, остается примерно постоянным,
не зависящим от величины нагрузки.
Высота обмоток очень заметно влияет на величины
осевых градиентов и соответственно на величины соот-
ношений между максимальными и средними превыше-
ниями температур. Это влияние показано на рис. 5-9,
откуда видно, что короткие катушки имеют значительно
8*	115
мейьшую максимальную температуру, чем длинные, при
равных средних значениях превышений их температуры
над температурой окружающей среды.
Необходимо подчеркнуть, что приведенные на рис. 5-9
данные, характеризующие превышения температуры
обмоток над температурой окружающей среды, в слу-
Рис. 5-9. Зависимость отношения ма-
ксимального превышения температу-
ры обмотки к среднему значению, из-
меренному по сопротивлению, от вы-
соты катушки для разных типов
обмоток и разной ширины b катушек.
/ — наружная дисковая обмотка, 6=25 мм;
2 — наружная цилиндрическая обмотка,
Ь«13 мм; 3 —наружная дисковая обмотка,
fc=5I мм; 4— наружная цилиндрическая
обмотка, Ь=51 мм; 5—внутренняя цилин-
дрическая обмотка, Ь—9,5 мм.
чае взрывозащищенных
или герметизированных
трансформаторов дол-
жны рассматриваться
ка!к соотношения меж-
ду превышениями тем-
ператур обмоток над
средней температурой
газа внутри кожуха.
Поэтому различие меж-
ду температурами наи-
более нагретых точек
и средними температу-
рами обмоток для гер-
метизированных транс-
форматоров может
быть ниже, чем для
вентилируемых, даже
при больших средних
превышениях темпера-
туры над температурой
наружной окружающей
среды.
Применяя в практических расчетах соотношения, по-
добные (5-36), следует учитывать, что они относятся
к средним и максимальным превышениям температуры
одной и той же обмотки (одной и той же фазы). Ввиду
того, что средние температуры для обмоток крайних и
средних стержней трансформатора различны, нельзя из-
мерять среднюю температуру обмотки, замеряя сопро-
тивление одновременно нескольких фаз.
Для исключения влияния схемы испытаний замер
среднего превышения температуры по сопротивлению
должен производиться для обмотки гой фазы, в которой
измеряются максимальные значения превышения темпе-
ратуры.
Наиболее нагретые места обмотки находятся на рас-
11G
стоянии 75—95% высоты обмотки, причем большие ве-
личины относятся к более высоким обмоткам. Особен-
ностью осевых температурных градиентов является сни-
жение их в верхней части обмоток (рис, 5-10). Это сни-
жение является следствием охлаждения нескольких
верхних витков в результате теплоотдачи излучением и
конвекцией торца обмотки и в основном отдачи тепла
теплопроводностью через опорные детали и концы обмо-
Рис. 5-10. Зависимость ма-
ксимального превышения
температуры, измеренного
с помощью термопар, от вы-
соты обмотки для цилиндри-
ческих катмшек высотой
320 мм.
Максимальное превышение тем-
пературы — сплошная линия;
среднее превышение температу-
ры, измеренное по сопротивле-
нию, — пунктирная линия.
Рис. 5-11. Зависимость ма-
ксимального превышения
температуры от радиального
размера катушки для на-
ружной непрерывной обмот-
ки шахтного трансформато-
ра типа ТСШВ.
ток с припаянными к ним
отводами.
Радиальные температур-
ные градиенты в катушках
(рис. 5-11) зависят от тол-
щины витковой и, если она
имеется, слоевой изоляции.
количества проводников в катушке в радиальном на-
правлении, удельных тепловых нагрузок и скорости воз-
духа, охлаждающего катушку. На температурные гра-
диенты влияет также и пропитка. Так, непропитанная
обмотка трансформатора с изоляцией класса В при од-
ном из опытов имела среднее превышение температуры
на 5° С больше и максимальное превышение температу-
ры на 7° С больше, чем обычно пропитанная обмотка.
Для .наружных катушек при прочих равных услови-
ях радиальные градиенты обычно больше, чем для
внутренних, вследствие большей величины допустимых
нагрузок (вт/м2).
Влияние различных радиальных размеров обмоток
и различных горизонтальных каналов между катушками
117
непрерывных обмоток высотой 760 мм показано на
рис. 5-12.
Чтобы получить оценку величины превышения тем-
пературы в зависимости от радиальных и осевых разме-
ров, можно использовать комбинацию данных рис. 5-9
и 5-12. Для этого отношение, полученное из рис. 5-12,
должно быть помножейо на поправку, учитывающую
высоту обмотки. Эта поправка берется как отношение
Рис. 5-12. Зависимость отноше-
ния максимального превыше-
ния температуры обмотки к
среднему значению, измеренно-
му по сопротивлению, от ра-
диального размера (ширины)
катушки при горизонтальных
каналах между катушками 9,5,
12,5, 16 и 19 мм.
Рис. 5 13. Зависимость
отношения максимально-
го превышения темпера-
туры цилиндра обмоток
ВН к среднему значению
превышения температу-
ры, измеренному по со-
противлению, от ширины
горизонтального канала
между катушками непре-
рывной обмотки.
Радиальный размер катуш-
ки 75 мм —- сплошная линия;
то же 25 мм — пунктирная
линия.
ординат рис. 5-9 для высот:
заданной и той, для которой
имеются данные, аналогич-
ные приведенным на рис.
5-12.
Соотношение между превышением температуры наи-
более нагретой точки цилиндра ВН и средним по со-
противлению превышением температуры обмотки ВН
в зависимости от ширины канала показано на рис. 5-13.
Эти данные испытаний были получены на трансформа-
торе с высотой обмотки 760 мм. Наиболее нагретая
точка цилиндра ВН находится приблизительно на 90%
ее высоты, точно так же как и для обмоток, и не сме-
щается при изменении тепловых нагрузок.
Температура наиболее нагретой точки цилиндра за-
висит от максимальной температуры обмотки. Отноше-
118
ние превышения температуры наиболее нагретой точки
цилиндра к среднему по сопротивлению превышению
температуры обмотки для исследованных каналов с ши-
роким диапазоном их радиальных размеров и размеров
горизонтальных каналов в обмотках равно 1,1-—1,35.
Отношение между превышением температур наиболее
нагретых точек цилиндров и обмоток составляет величи-
ну порядка 0,85—0,95, приближаясь в отдельных слу-
чаях к единице. Вследствие этого нагревостойкость изо-
ляционных цилиндров желательно иметь не ниже, чем
нагревостойкость прочих материалов обмоток.
Междуфазные перегородки имеют значительно мень-
шие температуры, чем цилиндры между обмотками. От-
ношение между превышениями температур наиболее на-
гретых мест междуфазной перегородки и средним зна-
чением для обмотки составляет около 0,7.
Знание распределения температур в номинальном
режиме трансформатора и характеристик старения изо-
ляции позволяет правильно выбрать материалы для раз-
личных частей сухого трансформатора.
5-8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ
С ЗАПОЛНЕНИЕМ КВАРЦЕВЫМ ПЕСКОМ
Шахтные трансформаторы с заполнением кварцевым
песком (рис. 5-14) получают .распространение в отече-
ственной и зарубежной практике наряду со взрывобезо-
пасными трансформаторами, имеющими естественное
воздушное охлаждение (сухими). Допуская применение
изоляции класса В и даже Е, они, следовательно, не
требуют применения кремнийорганических материалов
для изоляции обмоток, имеющих еще довольно высокую
стоимость. Трансформаторы с заполнением кварцевым
песком характеризуются сравнительно малой величиной
напряжения короткого замыкания при высокой их дина-
мической устойчивости, их кожухи могут быть рассчита-
ны на значительно меньшие давления, чем для обычных
взрывобезопасных конструкций.
К недостаткам таких трансформаторов могут быть
отнесены более сложная и соответственно более трудо-
емкая конструкция, -больший общий вес трансформато-
ра, увеличенный расход меди на единицу мощности, не-
которые затруднения при ремонте. Однако общая стои-
119
Рис. 5-14. Шахтная подстанция типа ТКШВП-240/6 с трансфор-
матором, заполненным кварцевым песком.
мость активных и изоляционных материалов трансфор-
матора может быть получена ниже, чем для сухих
взрывобезопасных трансформаторов с 'изоляцией клас-
са Н примерно при тех же габаритах.
Электромагнитный расчет, расчет потерь и электро-
динамических усилий трансформатора с кварцевым за-
полнением ничем не отличаются от аналогичных расче-
тов для обычных силовых трансформаторов с чередую-
щимися обмотками. Существенно отличен тепловой
расчет, методика которого дается в (Л. 28, 29].
Определение превышения температур обмоток и маг-
нитопровода над температурой поверхности кожуха ос-
новано на рассмотрении теплопередачи теплопроводно-
стью. Для решения этой задачи обычно вводится ряд
упрощающих предположений.
При расчете превышения температур магнитопровода
и обмоток трансформатора рассматривается режим дли-
тельной номинальной нагрузки, т. е. установившийся
тепловой режим.
Предполагается отсутствие теплообмена между груп-
пами катушек, заключенных между смежными охлаж-
дающими пластинами. Это позволяет разделить обмот-
ку и стержень магнитопровода на ряд подобных частей,
120
Каждая из которых включает охлаждающую пластину
и прилегающие к ней катушки обмотки, а также часть
стержня, на длине, равной расстоянию между двумя
соседними охлаждающими пластинами (рис. 5-15).
Можно предположить также, что превышение тем-
ператур ярма будет меньше или равным превышению
температуры стержня. Эта возможность обусловлена
Рис. 5-15. Теплоотдача элемента «обмотка — стержень»
/ — катушки; 2 — охлаждающая пластина; 3 —волна кожуха;
4 — изоляция обмотки.
Штриховой линией показаны направления основных тепловых
потоков, штрих-пунктирной — границы элемента.
тем, что ярмо охлаждается самостоятельно через боко-
вые стенки кожуха трансформатора. Надлежащим рас-
четом сечения и соответственно потерь в ярме или его
охлаждающей поверхности можно достигнуть отсутствия
передачи тепла от ярма к стержням. Практически все-
гда имеется некоторый тепловой поток в обратном на-
правлении — от стержней к ярмам, что улучшает тепло-
вое состояние обмоток и стержней.
Таким образом, расчет может быть выполнен отдель-
но для стержня и обмотки и самостоятельно для ярма.
При тепловом расчете может быть использована ана-
логия между течением тепла и электрического тока и
применены обычные преобразования сопротивлений, со-
единенных параллельно, последовательно, в звезду и т.д.
Эквивалентные тепловые схемы обычно составляют
с учетом ряда допущений, например пренебрегают отво-
дом тепла от наружных цилиндрических поверхностей
катушек к стенкам бака, перепадом температур в ка-
121
тушке или в охлаждающей пластине, что может быть
сделано при надлежащем выборе толщины пластины
[Л. 21]. Пример эквивалентной тепловой схемы для ча-
сти стержня и обмоток, выделенной на рис. 5-15 штрих-
пунктирной линией, представлен на рис. 5-16.
Рис. 5-16. Эквивалентная схема для тепловых сопро-
тивлений элемента «обмотка — стержень» трансфор-
матора с кварцевым заполнением.
Для теплового перепада в каком-либо твердом теле
при отсутствии внутренних источников тепла имеет ме-
сто соотношение
e=/?Q,	(5-37)
где “О—перепад температур, °C;
R — тепловое сопротивление, spadjer,
Q — количество тепла, проходящее через данное теп-
ловое сопротивление, вт.
При этом тепловое сопротивление рассчитывается по
формуле
(5-38)
где А—коэффициент теплопроводности, вт/смград\
I — длина тела, см;
S — сечение тела, см2.
Коэффициенты теплопроводности для ряда конструк-
тивных материалов, применяемых в электротехнике,
приведены в табл. 5-8.
122
Таблица 5-8
Наименование материала	7, г, см9 •	X, вт[см-град	i, °C
Медь (99,9/о)		8,9	3,92—3,84	0—100
Алюминий (99,0%) . . Латунь (90% Си, 10%	2,7	2,19—2,11	0—100
Zn)	 Дюралюминии (94—96%, А1, 3-—5% Си, 0,5°/о	—	1,02—1,17	0—100
Mg)		—	1,59—1,81	0—100
Сталь 20 	 Трансформаторная сталь лакированная:	7,8	0,5—0,487	0—100
вдоль пластин . . .	—	0,4—0,2	20
поперек пластин . .	—	0,02—0,01	20
Асбестовая бумага .	—	5,18-10-*— 7,74-10-*	20—100
Асфальт 		2,12	0,00605—0,0074	0—30
Бакелитовый лак . . . Дерево (бук) вдоль во-	1,4	0.0G29	—
ЛОКОН -	-	...	0,9	0,004	-—-
Гетинакс		—	0,003	—
Картон		—	0,00139—0,0035	20
Миканит прокладочный	—-	0,00105—0,00183	20—100
Песок сухой		1,38—1,64	0,00347—0,0037	0—40
Пластмасса К-71Т . . .	-—	0,002—0,00256	50—200
Плексиглас	. . .	—	0,00183	20
Слюда (поперек слоев) .	2,6—3,2	0,0046—0,0058	20
Стекло .			2,5	1,0077	20
Стеклотекстолит СТК-41	—	0,00147—0,00175	20—100
Текстолит 		-—	0,00116—0,00137	20—100
Фарфор 		2,4	0,0103	95
Фибра красная ....	1,29	0,0046—0,005	20—100
Электрокартон 		1,2	0,0016	—
Эпоксидная смола Э-37.	—	0,0011—0,00137	20—100
Тепловое сопротивление от наружной цилиндриче-
ской поверхности катушек к стенкам кожуха может быть
оценено из выражения
Р -	1
2тгЛкв61П[ T.R
— sh
(r.h \ I
МО ) ]’
где МО — расстояние между осями стержней магнито-
провода;
R. — наружный радиус катушки;
h — расстояние от оси стержня до стенки кожу-
ха, см;
b — ширина катушек;
123
Z,(B — коэффициент теплопроводности кварцевого
песка.
Количество тепла, отдаваемого наружной цилиндри-
ческой поверхностью катушек непосредственно к стен-
кам кожуха, обычно составляет не более 5% от количе-
ства тепла, передаваемого через торцовые поверхности
катушек к охлаждающим пластинам. Поэтому отводом
Рис. 5-17. Теплоотда-
ча ярма.
1 — ярмо; 2 — прессую-
щий угольник; 3 — изоля-
ция; 4 — боковая стенка
кожуха.
тепла через тепловые сопротивле-
ния Дц в расчете можно пренебречь.
Таким образом, для процесса теп-
лопередачи от катушек определяю-
щее значение имеют тепловые со-
противления и /?3. Отсюда сле-
дует также, что максимальные пре-
вышения температуры в обмотках
будут незначительно отличаться от
средних.
При расчете превышений темпе-
ратуры активных частей целесооб-
разно определять не только резуль-
тирующие тепловые сопротивления
и суммарные перепады температур, например между ка-
тушками и стенкой кожуха, но ишерепады температур на
отдельных участках. Такой способ расчета позволяет
определить преимущества, которые обеспечивает приме-
нение тех или иных материалов и конструктивных ре-
шений.
При выборе материалов, предназначенных как в каче-
стве электрической изоляции, так и для отвода тепла,
следует считать лучшими такие, в которых произведение
коэффициента теплопроводности А и пробивной проч-
ности материала Е, кв!мм, имеет максимальное значение.
При расчете теплоотдачи ярма к боковой стенке ко-
жуха (рис. 5-17) должны быть учтены сопротивления
тепловым потокам непосредственно от железа ярма
к стенке, сопротивление изоляции консолей, а также
тепловые сопротивления от углового железа ярмовых
балок и специальных охлаждающих пластин к стенке.
Последние две величины тепловых сопротивлений долж-
ны быть рассчитаны, как для случая охлаждающего
ребра, в котором отдача тепла происходит по одной сто-
роне. Для теплового сопротивления такого ребра имеем
соотношение
124
(5-39)
th (ml) ’
где A — коэффициент теплопроводности;
S — сечение ребра;
I — длина ребра в направлении теплопередачи;
т-—постоянная, которая определяется из выраже-
ния, полученного для тонкого призматического
ребра, охлаждаемого по одной стороне,
где а — коэффициент теплоотдачи;
6 — толщина ребра.
Соотношения, по которым могут быть определены ма-
ксимальные превышения температур в стержнях и яр-
мах магнитопровода, указываются в литературе по рас-
чету превышения температуры активных частей силовых
масляных трансформаторов.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИСПЫТАНИЯ
ШАХТНЫХ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫХ ПОДСТАНЦИЙ
6-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Технология изготовления шахтных взрывобезопасных
трансформаторных подстанций, принятая в настоящее
время на Запорожском трансформаторном заводе, вклю-
чает в себя как технологические процессы, обычные для
трансформаторного и аппаратного производства, так и
ряд специфических процессов, вызванных применением
стеклоизоляции с кремнийорганическими связующими
веществами (изоляции класса Н) .и специальными тре-
бованиями к взрывобезопасному оборудованию.
Применение кремнийорганических лаков требует вы-
соких температур запекания (до 200°С), что вызывает
необходимость проводить запекание обмоток и изоляции
в специальных высокотемпературных печах по особому
режиму.
Применение изоляционных деталей из стеклотексто-
лита требует применения специального инструмента и
125
режимов механической обработки. Обеспечение взрыво-
безопасности оболочек достигается высоким классом
точности механической обработки сочленяемых поверх-
ностей и высококачественной сваркой и уплотнениями.
Все оболочки рудничного взрывобезопасного электро-
оборудования подвергаются испытанию на прочность и
герметичность гидравлическим способом на специальном
стенде.
6-2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБМОТОК И ИЗОЛЯЦИИ
а) Изготовление изоляции
Изготовление деталей главной изоляции (прокла-
док, реек, дистанционных прокладок, деталей крепления,
отводов) из стеклотекстолита марки СТК имеет ряд осо-
беностей.
Форма изоляционных деталей трансформатора раз-
лична, поэтому для получения деталей требуемой фор-
мы и размеров требуется механическая обработка: от-
резка, сверловка, фрезеровка, токарная обработка. Для
изготовления деталей применяется листовой стеклоте-
кстолит марок СТК-71 и СТК-41, различных толщин: 2,
3, 6, 8, 10, 15 мм.
Резание стеклотекстолита как разновидности пласт-
масс отличается от резания металла прежде всего тем,
что в состав стеклотекстолита входят труднообрабаты-
ваемые стеклянная ткань и смолистые вещества.
Как известно, теплопроводность почти всех пластиче-
ских масс ниже теплопроводности металлов. Поэтому
теплота, которая выделяется в процессе резания, кон-
центрируется преимущественно в инструменте, возни-
кает сложный процесс трения, который ведет к быстро-
му износу инструмента. Чем выше температура, при ко-
торой работает инструмент, тем быстрее наступает его
износ. Поэтому при резании стеклотекстолита приходит-
ся применять такие инструментальные материалы, кото-
рые выдерживают высокие температуры, и регулярно
перетачивать инструмент.
Вторым отличием резания стеклотекстолита от реза-
ния металлов является то, что вследствие размягчения
под действием тепла смолистых составляющих они пе-
реходят <в полужидкое состояние и обволакивают рабо-
126
чую поверхность инструмента, смолистые составляющие
слипаются с поверхностью инструмента, обрабатывае-
мый материал затормаживается, что часто является
причиной образования задиров на обрабатываемой по-
верхности деталей.
Режущий инструмент должен быть всегда хорошо
заточен, а поверхность его должна быть чистой. Для
инструмента, изготавливаемого из стали, хорошие ре-
зультаты дает покрытием его хромом.
Повышению качества изделия и увеличению стойко-
сти инструмента способствует полировка его задней и
передней режущих поверхностей; при заточке инстру-
мента с режущей частью из твердого сплава необходимо
делать доводку пастой из карбида бора. При проектиро-
вании режущего инструмента (фрез, зенкеров, сверл)
необходимо канавки между зубьями делать большими,
чем у инструмента, предназначенного для обработки ме-
талла. Задний угол всех режущих инструментов должен
быть 10—15°, передний угол 15—20°.
При обработке стеклотекстолита замечено, что от-
верстия получаются меньше, чем диаметр инструмента,
происходит усадка материала, доходящая до 0,03—
0,05 лии. В связи с этим имеет место значительное тре-
ние поверхностей отверстия и инструмента. Для умень-
шения трения направляющие ленточки у сверл, зенкеров
и разверток делают как можно уже, не более 0,5 лии.
При сверлении скорость резания принимают в пре-
делах 40—60 м!мин, а подачу — в пределах 0,1—0,15 мм.
Хорошие результаты сверления получаются при приме-
нении сверл, корпус которых сделан из стали 9хс, а ре-
жущая часть — из твердого сплава типа ВК.
Чтобы избежать задиров при фрезеровании, на за-
тылке зуба оставляют цилиндрическую канавку шири-
ной до 0,1 лии.
Фрезеровать можно только в направлении подачи.
При обработке цилиндрической фрезой со спиральным
зубом необходимо, чтобы резание начиналось в точке Б
(рис. 6-1) и заканчивалось в точке А. Тогда срез будет
происходить в направлении, в котором сходятся слои
стеклотекстолита, и получится хорошая поверхность из-
делия. Если резание будет начинаться в обратном на-
правлении, то получится неровная поверхность изделия
вследствие срыва зубом фрезы слоев стеклотекстолита.
127
В ряде деталей приходится делать по кромке листа
пазы и галтели. Наиболее хорошо происходит резка
стеклотекстолита однозубыми фрезами со вставной пла-
стинкой из быстрорежущей стали, расположенной под
углом 20° к оси вращения (рис. 6-2).
Задний угол 20°, а передний составляет 12—15° при
диаметре фрезы до 30.0 мм. Наличие одного зуба дает
Рис. 6-1 Схема реза-
ния фрезы со спираль-
ным зубом.
/ — обрабатываемая де-
таль; 2 — фреза.
возможность очень хорошо разме-
щать и выбрасывать стружку,
вследствие чего удается работать
при больших подачах 0,3—0,5 мм/об.
Скорость резания равна при этом
300—500 м/мин. Также широко при-
меняются цилиндрические много-
зубчатые фрезы из Р-9 с мелким
зубом, отличительной особенностью
которых является сравнительно
большой угол спирали зуба, равный
20°. задний угол, равный 10°, пе-
редний —20° (рис. 6-3).
При фрезеровании стеклотексто-
лита рекомендуется подача 0,1—
0,3 мм на зуб; скорость резания бы-
строрежущими фрезами составляет
100—300 м/мин.
Токарную обработку стеклоте-
кстолита производят резцами, передний угол которых ра-
вен 20°, подача рекомендуется в пределах до 0,3 мм/об.
а скорость резания быстрорежущими резцами достига-
ет 200 м/мин и резцами из твердого сплава до 600 м/мин.
Разработка технологического процесса обработки де-
талей из стеклотекстолита резанием требует учета неко-
торых особенностей этого материала.
При обработке листов должно быть обеспечено их
жесткое закрепление. Поэтому приспособление должно
быть жестким и иметь достаточное количество зажимов
для крепления листа обрабатываемого материала.
При всех видах резания стеклотекстолита необходи-
мо изделие закрепить на деревянных подкладках из мяг-
ких пород дерева или текстолитовых подкладках — под-
ложках.
Не допускается применение смачивания режущего
инструмента эмульсией, сульфофрезолом и другими
128
жидкостями, применяемыми для охлаждения режущего
инструмента при обработке металлов.
При всех видах механической обработки стеклоте-
кстолита необходимо наличие хорошей местной вытяжной
вентиляции, так как по-
падание стеклотексто-
литовой пыли на кожу
рабочего и окружаю-
щих недопустимо.
Для придания боль-
шей влагостойкости
все изоляционные де-
тали покрывают по-
кровной эмалью
ПРКЭ-13 по ТУ завода
«Электроизолит» или
ПКЭ-14 ВТУ МЭС
Рис. 6-2. Дисковая однозубая фреза.
1 — тело фрезы; 2 — зуб фрезы с пластин-
кой из быстрорежущей стали.
№ ЭП ОАА.504 011-53.
Рабочая вязкость
эмалей 20 — 25 сек по
воронке ВЗ-4 при тем-
пературе 20° С. Разбавителем служит толуол (ГОСТ
4809-49) или этилцеллозольв (ТУ МХП 1770-49),
сиккатив № 64Б (свинцово-марганцевый линолеат, ТУ
№ КУ 386-54).
Обезжиренные в
бензине изоляционные
детали загружают в
специальный шкаф,
причем сначала повы-
шают температуру в
шкафу до ЮО—110° С,
затем путем продувки
горячего воздуха через
калорифер снова повы-
шают ее до 180 ±5° С
Рис. 6-3. Фреза цилиндрическая. Р сушат стеклотексто-
литовые детали в тече-
ние 3—5 ч.
После остывания до температуры 60—70° С детали
окрашивают эмалью путем погружения. Окрашенные
детали выдерживают на воздухе в течение 3 ч, а затем
загружают в печь для сушки.
9—472	129
Детали запекают при температуре 110—110° С в те-
чение 3 ч, затем, повысив температуру печи до 180±5°С,
продолжают запекание в течение 12 ч до исчезновения
отлипа у пленки эмали.
После окраски и запекания планка эмали становится
ровной, блестящей, без пропусков и наплывов.
Ввиду высокой стоимости и сложности механической
обработки кремнийорганического стеклотекстолита в на-
стоящее время ведется работа по замене материалов
изоляционных деталей и их изготовлению методом прес-
совки из пресс-порошков и пресс-композиций.
Так, планки для крепления ответвлений трансформа-
тора предполагается прессовать из массы АГ-4, межка-
тушечные прокладки, рейки и панель регулировочных
ответвлений — из пресс-композиции К-71С.
Большой интерес для изготовления изоляционных де-
талей представляют также микалекс и другие тер-
мостойкие и влагостойкие массы, могущие найти приме-
нение для изготовления изоляции трансформатора, что
позволит значительно снизить его стоимость.
Технология изготовления нагревостойких стеклоте-
кстолитовых цилиндров, применяемых в главной изоля-
ции, имеет ряд специфических особенностей.
Цилиндры .изготавливаются методом намотки из бес-
щелочной стеклоткани марки ЭСТБ толщиной 0,0.6 мм\
стеклоткань пропитана электроизоляционным кремний-
органическим модифицированным лаком К-50.
Процесс изготовления стеклотекстолитовых цилинд-
ров состоит из следующих основных производственных
операций:
1) удаление замасливателя из стеклоткани (обезжи-
ривание); 2) пропитка стеклоткани лаком К-50; 3) на-
мотка цилиндров; 4) термообработка цилиндров; 5) сня-
тие цилиндров с оправок; 6) резка цилиндров на требуе-
мые размеры, зачистка торцов и поверхностей; 7) лаки-
ровка стеклотекеголитовых цилиндров.
Процесс одновременного удаления замасливателя из
стеклоткани и ее пропитки лаком К-50 осуществляется
на вертикальной пропиточной машине по схеме, пред-
ставленной на рис. 6-4.
Пропитка осуществляется лаком необходимой вязко-
сти, устанавливаемой в зависимости от толщины и плот-
130
ности стеклоткани в пределах от 16 до 20 сек по ворон-
ке ВЗ-4.
Рулон со стеклотканью устанавливается на стойках
отпускного механизма пропиточной машины; рулон за-
правляется в машину согласно схеме рис. 6-4.
В то время когда стеклоткань проходит в первом от-
секе машины, из нее удаляется замасливатель. Ткань
Рис. 6-4. Схема пропитки стеклоткани.
/ — барабан с непропитанной стеклотканью;
2 — стеклоткань; 3 — ванны с лаком; 4 — бара-
бан с пропитанной стеклотканью.
с удаленным замасливателем пропускается через пер-
вую лаковую ванну и сушильную шахту, затем процесс
пропитки повторяется во второй лаковой ванне. Дважды
пропитанная и высушенная стеклоткань поступает на
приемный валик пропиточной машины.
Температура в шахте пропиточной машины как при
сушке стеклоткани, так и три ее пропитке должна со-
ставлять 200±10°С. Скорость движения стеклоткани че-
рез сушильную шахту при этом должна составлять 13—
15 м/ч. Нанос смолы регулируется изменением вязкости
лака и в отдельных случаях скоростью движения стекло-
ткани.
9*
131
Пропитанная стеклоткань должна удовлетворять
следующим требованиям:
1) содержание смолы 60—75%; 2) содержание лету-
чих веществ 0,5—2%; 3) содержание растворимой смо-
лы не менее 30%; 4) на ткани не должно быть складок
и кусков затвердевшей смолы.
Намотку стеклотекстолитовых цилиндров производят
по схеме, приведенной на рис. 6-5, на намоточном станке
Рис. 6-5. Схема намотки стеклотекстолитовых
цилиндров.
/ — рулон с пропитанной стеклотканью; 2 —направ-
ляющий валик; 3. 4 — валы намоточного станка; 5 —
оправка; 6 — верхний прижимный вал.
путем обмотки пропитанной стеклоткани вокруг метал-
лической оправки.
Намоточный станок должен обеспечить давление не
менее 3 кГ[см линии, соприкасающейся с нажимным
валом.
Температура переднего нагретого намоточного ва-
ла 3 должна быть в пределах 140—160° С.
Задний вал станка 4 не обогревается.
Для лучшего снятия цилиндров с оправок пропитан-
ную стеклоткань наматывают на рубашку из 2—3 слоев
триацетатной пленки. Контроль толщины наматываемых
цилиндров осуществляют щупом, контролирующим раз-
мер между оправкой и прижимным валом 6. Намотан-
ные заготовки снимают с намоточного станка и отправ-
ляют на термообработку. Стеклотекстолитовые цилиндры
термически обрабатывают в печах или термостатах
с принудительной циркуляцией воздуха.
Термообработку производят циклично при темпера-
турах воздуха печи или термостата 150, 180, 200° С.
132
Продолжительность термообработки для стеклоте-
кстолитовых цилиндров с толщиной стенок 4—5 «ии рав-
на 60 ч, соответственно длительности процесса термооб-
работки 10 w при /=150° С, 20 ч при /=180° С и 30 ч
при /=200° С. После окончания процесса термообработ-
ки стеклотекстолитовые цилиндры охлаждаются в за-
крытой печи до комнатной температуры, после чего вы-
гружаются из печи.
Термюобработанные заготовки после выгрузки из пе-
чи поступают на кабестан, где снимаются с оправок.
Обрезку кромок у заготовок и разрезку их до тре-
буемых размеров производят на токарном станке рез-
цом с наплавленной пластинкой быстрорежущей стали
или на дисковой пиле.
Зачистку цилиндров осуществляют стеклянной шкур-
кой № 100—150 или 160—180.
Зачистке подвергаются наружная и внутренняя по-
верхности и торцы.
Поверхности отрезанных и зачищенных стеклоте-
кстолитовых цилиндров должны быть гладкими, без пу-
зырей, вздутий, складок и царапин.
Обрезанные и отшлифованные цилиндры подвергают
двукратной лакировке кремнийорганическим лаком
К-55 методом погружения. Для первоначальной лаки-
ровки применяют лак с вязкостью 14—15 сек по воронке
ВЗ-4. После погружения цилиндры вынимают из лака,
дают стечь излишкам лака и устанавливают на воздуш-
ную сушку на 1—2 ч. После воздушной сушки цилиндры
загружают в печь или термостат, где их запекают в те-
чение часа при температуре 150° С, затем температуру
печи или термостата повышают до 180°С и выдержива-
ют еще час, после чего в закрытой печи цилиндры
охлаждают до комнатной температуры и повторяют
вновь описанный выше процесс.
В случае образования пузырьков на поверхности ла-
ковой пленки такие цилиндры перед вторичной лакиров-
кой шлифуют мелкой стеклянной бумагой.
После вторичной лакировки и запечки у цилиндров
зачищаются торцы, производятся их приемка и упаковка.
Перед употреблением цилиндров для намотки обмо-
ток их покрывают эмалью ПРКЭ-13 и запекают по ре-
жимам, указанным выше, для обработки изоляционных
деталей.
133
б) Изготовление обмоток
Технология намотки обмоток сухих трансформато-
ров для взрывобезопасных трансформаторных подстан-
ций аналогична технологии намотки непрерывных и ци-
линдрических обмоток силовых трансформаторов 2—
Рис. 6-6. Раздвижная оправка.
/ — распорная планка; 2 —ось; 3— рычаг; 4— разжимное устройство.
3-го габаритов. Вследствие применения провода марки
ПСДК и изоляционных деталей из стеклотекстолита и
стекломиканита рабочий-намотчик при изготовлении об-
моток должен следить, чтобы
Рис. 6-7. Приспособление для тор-
можения обмоточного .провода
с пневмозажимом.
1 — обмоточный Провод: 2 — регулиро-
вочный винт; 3— прижимные планки;
4 — пневматический цилиндр; 5 — шту-
цер для сжатого воздуха.
на незащищенные поверх-
ности тела не попадала
стеклянная пыль.
Изготовление обмоток
начинается с подготови-
тельных работ, которые
предусматривают: полу-
чение рабочим нужных
материалов, деталей, ин-
струмента и оснастки для
изготовления обмотки,
установку барабанов с
обмоточным проводом на
специальные стойки.
Стеклотекстолитов ы й
цилиндр с комплектом
реек и дистанционных
прокладок устанавлива-
ется на раздвижную оп-
равку (см. рис. 6-6) и
укрепляется в центрах на-
моточного станка.
134
Характерной особенностью намотки непрерывной об-
мотки является специальный прием перекладывания вит-
ков нечетных секций, благодаря чему соединение смеж-
ных секций выполняется без паек непрерывным чере-
дованием намотки постоянных (четных) секций и намот-
Рис. 6-8. Приспособление для натяжения провода.
Л 2, 3 — штуцера с шлангами; 4 — плита для крепления дета-
лен и узлов; 5 — направляющие; 6 — плита; 7—пневматические
цилиндры с поршнями; 8—пневмозажим.
ки с последующей переборкой и затяжкой перебранных
(нечетных) секций.
Специальная оснастка для торможения обмоточного
провода со специальным пневматическим зажимом
(рис. 6-7) позволяет выполнить плотно намотку посто-
янных секций обмоток; приспособления для натяжения
провода со специальным пневматическим цилиндром и
зажимом (рис. 6-8) позволяют обеспечить плотную за-
тяжку перебранных секций.
На рис. 6-8 показано приспособление для натяжения
провода со специальным пневматическим цилиндром 7
и пневмозажимом 8, которое устанавливаю! на стойке
с обмоточным проводом.
135
Рис. 6-9. Пружинящая
оправка.
/ — планшайба для крепления
пружинящей справки к план-
шайбе станка; 2 — разжимный
цилиндр; 3 — упор для поддер-
живания цилиндра; 4 — конус-
ный разжимающий диск с выре-
зами для установки реек; 5 —
нажимная гайка; 6 — приспособ-
ление для крепления концов об-
мотки; 7 — прорези, придающие
упругость цнлнидру.
При намотке постоянной секции обмотки постоянное
натяжение провода, достаточное для получения радиаль-
ного размера, заданного чертежом, обеспечивается с по-
мощью сильных пружин, натяжение которых регулирует-
ся винтами пневмозажима 8. При намотке переклады-
ваемых секций обмотки переложенную секцию обычно
затягивают вначале приложением мускульного усилия
обмотчика, а затем рядом
кратковременных включений
станка при закрепленных кон-
цах провода. Описываемое
приспособление механизирует
эту работу и позволяет плав-
но производить затяжку вит-
ков секции. Нажатием ножной
кнопки обмотчик перекрывает
•подвод сжатого воздуха, про-
ходящего по шлангам 3 и на-
правляет его по шлангам 1, 2.
При этом пневматический ци-
линдр пневмозажима прижи-
мает нижнюю прижимную
планку к верхней, плотно за-
жимая обмоточный провод
между планками. Одновремен-
но с этим сжатый воздух, по-
ступая по шлангам в ци-
линдр 7, заполняет цилиндр и
давит на поршни, перемещая
плиту 6 вместе с закрепленным на ней пневмозажимом
с зажатыми в нем проводами по направляющим 5 в про-
тивоположном направлении (рабочий ход).
После окончания затяжки витков перекладной сек-
ции обмотчик прекращает нажатие на кнопку, заслонка
перекрывает поступление сжатого воздуха в шланги 1
и 2, направляя его в шланги 3. Прижимные планки раз-
жимаются, и пневмозажим может свободно перемещать-
ся (скользить) по проводам; при этом поршень пнев-
моцилиндра 7 под давлением воздуха перемещается
в направлении, обратном предыдущему.
При этом происходит холостой ход — перемещение
плиты с пневмозажимом 8 в исходное положение. Рабо-
чий ход для существующих приспособлений равен 400—
136
900 мм, что вполне обеспечивает плотную затяжку из-
быточного провода перекладной секции за один ход.
Для изготовления цилиндрических многослойных
обмоток из круглого провода и цилиндрические двух-
слойных обмоток из провода прямоугольного сече-
ния применяется специальный пружинящий шаблон
(рис. 6-9).
Стяжка обмоток ВН производит-
ся аналогично обмоткам силовых
трансформаторов 2-го габарита
в плитах стяжными шпильками
с гайками. Стянутые в плитах об-
мотки ВН сушат, пропитывают и за-
пекают по специальному режиму.
В отличие от обмоток ВН обмот-
ки НН не стягивают. Их ставят
в специальные приспособления, на-
зываемые контейнерами (рис. 6-10),
в которых производят сушку, про-
питку и запекание обмоток.
Обмотка, установленная на кон-
тейнере, устойчива, надежно защи-
щена от механических повреждений,
удобна для транспортировки. По
установленной технологии изготов-
ленные обмотки сушат, дважды
Рис. 6-10. Контейнер
для пропитки и запе-
кания обмоток НН.
1 — подъемное кольцо;
2 — шпилька; 3 — обмот-
ка; 4 — упор; 5—плита.
пропитывают эмалью и сушат вновь.
Обмотки, тщательно продутые
сухим сжатым воздухом, загружа-
ют в специальный сушильный шкаф
(рис. 6-11) так, чтобы изоляция на-
ходилась не ближе 200 мм от обо-
гревателей шкафа.
Открывают вентиль для впуска пара и повышают
температуру в шкафу до 100—110° С, после чего вклю-
чают калорифер и вновь повышают температуру в шка-
фу до 180±5°С путем продувки горячего воздуха. После
поднятия температуры до 180°С производят частичный
подсос с выбросом в атмосферу в течение 10 мин. Су-
шат обмотки при этой температуре в течение 5—6 ч, пе-
риодически измеряя температуру. По истечении ука-
занного времени обмотки охлаждают до температуры
60—70° С.
137
Пропитка обмоток осуществляется в кремнийоргани-
ческом пропиточном лаке ЭФ-ЗБСУ ВТУ МХП 2300-57.
Рабочая вязкость лака выбирается равной 18—20 сек
по воронке ВЗ-4 при 20° С. Разбавитель лака — смесь
бензина «калоша» и скипидара в соотношении 1:1.
Обмотки погружают в бак с лаком так, чтобы уро-
вень лака был выше обмотки не менее чем на 50 мм,
Рис. 6-II. Схема лечи для сушки и запека-
ния обмоток.
/ — вентиль для пуска пара в паронагреватели;
2 — калорифер; 3 —заслонка для подсоса внешне-
го воздуха; 4 — заслонка для воздуха на выброс;
5 — вентиляторная установка: 6 — вентиль для вы-
пуска пара и конденсата; 7 — тележка; 8 — паро-
нагреватели.
и выдерживают их в лаке до прекращения выделения
пузырей воздуха на поверхности лака, но не менее
15 мин. Вынув обмотки из лака и дав стечь его излиш-
кам над пропиточным баком в течение 15—20 мин, об-
мотку ставят на специальный противень и выдерживают
на воздухе не менее 1 ч, после чего загружают снова
в сушильный шкаф, открывают вентиль для впуска па-
ра, поднимают температуру в шкафу до 100—110° С и
запекают обмотки при этой температуре в течение 3 ч.
138
Через каждый час во время запекания производят под-
сос воздуха из цеха с одновременным выбросом возду-
ха печи в атмосферу в течение 10 мин во избежание
взрыва паров растворителей.
По истечении указанного времени, включают кало-
рифер печи и повышают температуру в шкафу до
180±5°С. При этой температуре обмотки запекают в те-
чение 8—10 ч. Во время запекания через каждые 3 ч
производят выброс воздуха печи в течение 10 мин.
Пропитанные и запеченные обмотки охлаждают сно-
ва до температуры 60—70° С, повторно погружают в бак
с лаком, пропитывают и запекают вторично.
Для придания большей влагостойкости изоляции об-
мотки покрывают кремнийорганической эмалью. Окра-
ска обмоток, изоляционных деталей трансформатора,
а также выемной части осуществляется покровной крем-
нийогранической эмалью ПРКЭ-13 (ТУ завода «Элек-
троизолит») или ПКЭ-14 (ВТУ МЭС и ЭП ОАА. 504
011-58). Рабочая вязкость эмали 20- 25 сек по ВЗ-4 при
20° С. Разбавитель эмалей -—толуол или этилцеллозольв.
Покрытие обмоток эмалью может осуществляться
пульверизатором, однако это не дает качественного по-
крытия: межкатушечные поверхности обмотки ВН и ка-
налы обмотки НН остаются неокрашенными. Более ка-
чественная окраска обмоток осуществляется методом
погружения.
Обмотки после окончания повторной пропитки и за-
пекания охлаждаются до температуры 60—70° С, после
чего погружаются в бак с кремнийорганической эмалью
ПРКЭ-13, предварительно разбавленной до требуемой
консистенции.
Вынув обмотку из бака, дают стечь излишкам эмали
и выдерживают обмотку на воздухе в течение 3 ч, после
чего загружают обмотку в шкаф, открывают вентиль
для впуска пара и повышают температуру в шкафу до
100—110° С.
В течение первых 3 ч сушка обмоток происходит при
температуре 100—110° С с частичным подсосом воздуха
из печи в атмосферу; затем в калорифер пускают горя-
чий воздух и повышают температуру в шкафу до
180±5°С, продолжая сушку обмоток при этой темпера-
туре.
139
Описанный процесс пропитки и запекания обмоток
повторяется.
После повторной окраски и сушки пленка эмали ста-
новится ровной, блестящей, без пропусков и наплывов;
допускается небольшой отлип лака.
Высушенные обмотки выгружают из печи, освобож-
дают их от оснастки, осматривают, чтобы не было ме-
ханических повреждений, и передают на участок сборки
трансформаторов.
6-3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАГНИТОПРОВОДОВ
Условия эксплуатации шахтных трансформаторов
предъявляют особые требования к одному из основных
узлов- трансформатора — магнитопроводу.
Магнитопроводы шахтных трансформаторов изготов-
ляются из высококачественной холоднокатаной стали
с высокой магнитной проницаемостью. Трансформатор-
ная сталь для этих магнитопроводов подвергается сле-
дующим специальным технологическим операциям:
1) резка листов магнитопроводов под угол в местах
перехода магнитного потока из стержня в ярмо (приме-
нение косого стыка); 2) отжиг листов магнитопровода
в специальных печах колокольного типа для отжига;
3) покрытие листов магнитопровода специальным изоли-
рующим лаком К-71, который выдерживает высокие тем-
пературы магнитопроводов тоансформаторов (порядка
180°С).
Все изолирующие детали магнитопровода, как-то:
трубки ярм и стержней, изолирующие прокладки ярм и
другие детали, изготавливаются из термостойкого мате-
риала — стеклотекстолита. В магнитопроводах же обыч-
ных масляных трансформаторов все изолирующие де-
тали изготовляются бумажно-бакелитовыми или из элек-
трокартона. Все эти отличительные особенности магни-
топроводов шахтных трансформаторов от магнитопрово-
дов обычных трансформаторов требуют специальной
технологии их изготовления.
. Раскрой листовой электротехнической стали произво-
дится на гильотинных ножницах и шаговых прессах.
Косой стык ярмовых и крайних стержневых листов
магнитопровода производится отдельно иа специальном
угловом штампе по упорам и боковой линейке. Настрой-
ка упоров производится по масштабной линейке, имею-
140
тцейся на боковом упоре. Все отштампованные листы
укладываются на специальные стеллажи для хранения;
каждой позиции отведена отдельная полка стеллажа.
Высокая точность размеров листов магнптопроводов
предъявляет соответственно высокие требования к ре-
жущему инструменту, к его стойкости и заточке. Резка
и штамповка листов магнитопроводов шахтных транс-
форматоров производятся только хорошо заточенным
к?
Рис. 6-12. Схема раскроя рулонной трансформа-
торной стали.
инструментом. Во избежание появления заусенцев ножи,
матрицы и пуансоны перетачиваются через определен-
ное количество ударов пресса или ножниц.
Заточка инструментов производится на плоскошли-
фовальном станке с магнитной плитой. Магнитная плита
дает возможность производить установку одновременно
нескольких ножей или матриц, что важно для получе-
ния точных размеров целой партии инструментов, уста-
навливаемого одновременно на прессе для штамповки
листа магнитопровода.
Раскрой рулонной трансформаторной стали произво-
дится на специальных дисковых ножницах, которые раз-
резают рулон трансформаторной стали шириной 750 мм
па несколько полос требуемой ширины (рис. 6-12).
В дальнейшем штамповка листов магнитопровода пре-
дусматривается на специальном прессе-автомате из раз-
резанных полос рулона необходимой ширины, который,
кроме штамповки отверстий, позволит получать косой
стык. Производительность штамповки листов магнито-
провода из рулонной стали по сравнению с листовой
сталью увеличивается в несколько раз, а коэффициент
использования трансформаторной стали увеличивается
примерно на 30%. Отжиг листов магни то пр оводов шахт-
ных трансформаторов производится в отжиговых печах
141
колокольного типа УКР-31 с целью снятия наклёпа
в листах после резки и штамповки. Производительность
такой печи в среднем составляет около 3 т в сутки. Наи-
более целесообразно производить отжиг трансформатор-
ной стали в печах конвейерного типа производитель-
ностью порядка 700 кг/ч стали. Листы магиитопровода
перед отжигом укладываются на специальный контей-
нер, изготовленный из жаростойкой стали. Позиции
Рис. 6-13. Диаграмма отжига листов магнитопроводов.
укладываются стопками с определенными промежутка-
ми между ними для более равномерного нагревания
листов. Перед нагреванием в печи создается вакуум
(остаточное давление не более 60 мм рт. ст.). Макси-
мальная температура составляет 800° С. Выдержка при
данной температуре равна 18 ч. Цикл отжига длится
48—50 ч (рис. 6-13).
Отожженные листы согласно технологическому про-
цессу поступают на следующую операцию — лакировку.
Как уже указывалось, лакировка производится ла-
ком К-71 С (ВТУ ВЭИ № 30—58).
Рабочая вязкость лака составляет 52—60 см по
ВЗ-4 или 12—15 см по воронке НИИЛКА № 7 при тем-
пературе 20° С; разбавитель лака — керосин ГОСТ
4753-49. Лакировка производится на лакмашине с элек-
тронагрезом. В ванночку с резиновыми валиками, имею-
щими твердость 40—55 ед. по прибору Шора, заливается
лак К-71С.
Листы магнитопроводов после нанесения лака запе-
каются в зоне запекания лакмашины. Режим температур
лакмашины при работе лаком К-71 несколько отличает-
ся от температурного режима лакировки листов магни-
тропроводов лаком № 302.
142
Зоны нагрева лакмашины соответствуют темпера-
турам:
Лак к-71	Лак .V 302
1—11 450—550° С	500—550° С
HI—IV 320—370° С	400—450° С
Листы магнитопровода охлаждаются в зоне охлаж-
дения лакмашины водой, затем вода отжимается специ-
альными резиновыми валиками и листы обдуваются хо-
лодным воздухом.
По выходе из лакировальной машины листы имеют
температуру порядка 40—50° С. контроль за качеством
покрытия листов производится выборочно, через опре-
деленное количество позиций. На специальном испыта-
тельном стенде проверяется пробивное напряжение от-
лакированных штамповок в наборе из 5 шт.
Среднее пробивное напряжение не должно быть ме-
нее 100 в при отсутствии нулевых значений. Среднее
сопротивление изоляции пакета из 5 листов позиций
магнитопровода должно быть не менее 10 ом.
Листы магнитопроводов шахтных трансформаторов
подвергаются двукратной лакировке на сдвоенной лак-
машнне, имеющей производительность, значительно
большую чем обычная лакмашина за счет непрерывно-
сти процесса двукратной лакировки.
Отлакированные позиции подаются на сборочный
участок цеха, где изготавливаются магнитопроводы, и
раскладываются по стеллажам.
Сборка магнитопровода шахтного трансформатора
производится на специальном сборочном столе, предна-
значенном для сборки магнитов шахтного трансформа-
тора.
Плита стола имеет отверстия для установки оправок.
Расстояние между отверстиями в плите соответствует
расстоянию между отверстиями в стержнях и ярмах маг-
нитопровода. Оправки вставляются в специальные втул-
ки, которые обеспечивают установку оправок строго по
вертикали.
На стойках плиты сборочного стола укладывают верх-
нюю и нижнюю ярмовые балки со стороны НН парал-
лельно между собой и в одной горизонтальной плоско-
сти, затем размещают изолирующие узлы и детали со-
гласно чертежу. Ярмовые балки выравнивают так,
НЗ
чтобы изоляция, лежащая на них, находилась на уровне
опорных швеллеров, устанавливаемых для сборки под
стержни магнитопровода. Характерной особенностью
магнитопроводов шахтных трансформаторов является
предельно допускаемая температура магнитопроводов,
равная 180° С, что предъявляет повышенные в сравне-
нии с обычными трансформаторами требования к окра-
ске ярмовых балок. Последняя
производится покровной эмалью
ПРКЭ-13 или ПКЭ-14. Перед по-
краской балки должны обрабаты-
ваться на пескоструйной или дробе-
струйной установках, после чего
с целью очистки от пыли их обду-
вают сухим сжатым воздухом.
Окраска ярмовых балок эмалью
производится с помощью пульвери-
затора; температура окрашиваемых
поверхностей должна быть 60—
70° С.
После окраски ярмовые балки
выдерживаются на воздухе в тече-
ние 3 ч, после чего их загружают
в печь для сушки в течение 3 ч при
температуре 100—110° С; затем тем-
пературу печи повышают до 180±
±5° С и сушат при этой темпера-
до исчезновения отлипа у пленки
эмали. После окраски и сушки пленка эмали должна
быть ровной, блестящей, без пропусков и наплывов.
Шихтовка листов магнитопровода производится по
два листа, причем положения 1 и 2 чередуются (рис. 6-14).
После сборки магнитопровода затягивают все шпиль-
ки ярм и стержней. Магнитопровод взвешивается на ве-
сах для определения количества вложенной активной
вода.
туре в течение 12 ч
стали.
Затем магнитопровод поступает на отделку. При от-
делке центрируются стальные и изолирующие шайбы,
подтягиваются гайки всех прессующих шпилек. Шпиль-
ки на стержнях откусываются специальным гидрореза-
ком. Давление, развиваемое цилиндром гидрорезака, со-
ставляет примерно 150 ат. Откусывание шпилек гидро-
резакохМ увеличивает производительность по сравнению
144
с отпиливанием ножовкой примерно в 4 раза. Гайки и
прессующие шпильки раскерниваются по окружности
в четырех точках. Магнитопровод для очистки проду-
вается сжатым воздухом. При контроле магнитопрово-
да проверяется мегомметром изоляция шпилек, ярм и
стержней, изоляция ярмовых балок, проверяется внеш-
ний вид магнитопровода, его размеры; к верхней ярмо-
вой балке прикрепляется ярлык с основными характе-
ристиками данного магнитопровода.
6-4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЯЧЕЕК С АВТОМАТОМ
И РАЗЪЕДИНИТЕЛЕМ
Изготовление ячеек с автоматом и ячеек с разъеди-
нителем состоит из заготовки и изготовления деталей и
собственно сборки. Заготовка деталей из листовой стали
толщиной от 6 до 30 мм осуществляется газорезкой на
автомате АСШ-2, где детали вырезаются по копирам.
Механическая обработка деталей и узлов, если это пре-
дусмотрено требованием чертежа (сверление отверстий,
нарезка резьб и т. д.), осуществляется на металлообра-
батывающих станках в зависимости от вида детали и
обработки Заготовки деталей поступают на сварочный
участок, где происходит сборка и сварка корпусов.
С помощью приспособлений и шаблонов сначала осуще-
ствляют прихватку отдельных деталей и узлов и после
контрольной проверки — окончательную сварку. Оконча-
тельная сварка корпусов осуществляется полуавтомата-
ми и ручным способом.
Сваренные оболочки ячеек и разъединителей обраба-
тываются на дробеструйной установке металлической
дробью в дробеструйной камере и грунтуются, после че-
го подаются на механическую обработку. Отверстия для
валиков управления и т. д., где предусмотрена механи-
ческая обработка под взрывные пути (класс обработки
V5, V6. V7) диаметром до 30 мм, сначала рассверли-
ваются сверлом, а затем обрабатываются набором раз-
верток на сверлильных станках с помощью плав а то-
щего патрона. Отверстия больших диаметров после их
предварительной сверловки обрабатываются на расточ-
ных станках. Поверхности под крышки и другие флан-
цевые соединения, где предусмотрены взрывные пути,
обрабатываются на карусельных станках.
Ю—472	145
Режимы и методы механической обработки являют-
ся обычными в соответствии с указанным на чертеже
классом обработки. После механической обработки обо-
лочки разъединителей и ячеек подаются на гидравличе-
ские испытания, описание которых приведено ниже. Обо-
лочки, выдержавшие испытания на прочность и герме-
тичность, окрашиваются, принимаются ОТК, после чего
они поступают на сборку.
Более подробно необходимо остановиться на арми-
ровке проходных фарфоровых изоляторов как высокого
напряжения (6 кв), так и низкого напряжения (1 кв).
Проходные изоляторы для подстанций армируются порт-
ланд-цементом марки 500 или 600 (ГОСТ 910-41).
Портланд-цемент, применяемый для армировки, дол-
жен обладать равномерностью изменения объема, кото-
рый должен проверяться лабораторией на каждой по-
ступившей партии цемента; последний должен хранить-
ся не более 3 мес. и допускаться в производство только
после положительного заключения лаборатории. Перед
армировкой фланцы и фарфор внутри и снаружи очи-
щают от пыли, грязи, ржавчины и Других загрязнений,
проверяют на отсутствие механических повреждений, со-
ответствие чертежам и техническим условиям. Перед
армировкой фарфор должен иметь температуру не ниже
температуры армировочного помещения.
Для предотвращения коррозии при пропаривании
фланцы предварительно окрашиваются снаружи эмалью
ПФ-64 или КВД и сушатся. Для армировки применяется
раствор, приготовленный по следующему рецепту:
1) портланд-цемент марки 500 или 600—2 весовые части;
2) фарфоровая крошка или кварцевый песок— 1 весо-
вая часть; 3) вода в количестве 25 весовых частей
на 100 весовых частей сухой смеси цемента с наполни-
телем.
Цементный раствор необходимо приготавливать
в количествах из расчета расхода не более чем в тече-
ние 30 мин. Армировка изоляторов осуществляется в спе-
циальных приспособлениях.
Арматура (фланцы и колпачки) и фарфор устанав-
ливаются в приспособлении, заливаются приготовленным
раствором и выдерживаются на воздухе в течение 1 ч,
после чего изоляторы устанавливаются в пропарочную
камеру. Пол и стены камеры предварительно должны
146
быть смочены водой, температура камеры должна быть
не выше 40° С и не ниже 10° С, при которой изоляторы
должны быть выдержаны в течение 3 ч. По истечении
указанного срока в камеру пускают влажный пар, регу-
лируя его количество таким образом, чтобы температура
повышалась до 60° С ступенями по 10° С в час, после
чего при температуре в 65—70° С в атмосфере влажного
насыщенного пара изоляторы выдерживаются не менее
24 ч. По окончании процесса пропаривания прекращают
подачу пара в камеру и изоляторы охлаждаются до тем-
пературы не более 40° С.
Выгруженные из камеры изоляторы освобождаются
от приспособлений и выдерживаются в течение 15 ч,
после чего они зачищаются от цементных брызг, затем
закрашиваются цементные швы и изоляторы подаются
на механическую обработку фланцев. Такая обработка
под взрывные пути осуществляется на токарных стан-
ках. Заармированные и обработанные изоляторы под-
вергаются гидравлическим испытаниям на прочность и
герметичность давлением 8 ат. Если при гидравлическом
испытании армировки изолятора наблюдается незначи-
тельный капеж через цементную массу, изоляторы допол-
нительно опрессовываются жидким стеклом или бакели-
товым лаком и снова подвергаются контролю. Изоляторы,
армировка которых пропускает воду струей, бракуются.
Сборка ячеек с автоматами и ячеек с разъединителя-
ми осуществляется на специальном поворотном стенде,
позволяющем устанавливать корпуса ячеек и разъедини-
телей в удобном для сборки положении. Сборка ячеек
линейного автомата заключается прежде всего в уста-
новке на свои посадочные места комплекта аппаратов
и приборов: автоматического выключателя, реле утечки,
вольтметра, амперметра, осветительного трансформато-
ра; затем производятся установка проходных изолято-
ров и соединительных шин, монтаж проводов вторичной
коммутации, установка крышек кабельных муфт и за-
глушек. В процессе сборки осуществляется также и ре-
гулировка автомата.
Сборка ячейки разъединителя заключается в уста-
новке в оболочке проходных изоляторов, на которых
монтируются ножи разъединителя, монтаже самого
разъединителя, шин и межфазных перегородок, монтаже
и регулировке привода разъединителя, монтаже прово-
Ю*	147
дов вторичной коммутации. Как при сборке ячеек с ав-
томатом, так и при сборке разъединителя следует обра-
щать особое внимание на соблюдение допустимых за-
зоров по взрывным путям между валиками управления
и втулками, стенкой и оболочкой, фланцем или телом
проходного изолятора, крышкой и фланцем оболочки
и т. д.
При сборке ячеек должна соблюдаться особая осто-
рожность, чтобы не нанести механических повреждений
обработанным поверхностям взрывных путей.
После приемки ОТК ячейки подаются на предвари-
тельные контрольные испытания, а затем и на оконча-
тельную сборку подстанций.
6-5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОЖУХА ТРАНСФОРМАТОРА
Изготовление деталей для кожуха трансформатора
в зависимости от их конфигурации, толщины металла и
назначения осуществляется путем малоотходной штам-
повки (штамповка охлаждающих ребер из листовой ста-
ли), газорезкой по копирам (изготовление фланцев ко-
жуха), резкой на гильотинных ножницах, литьем или
путем обработки на металлорежущих станках.
Стенки кожуха трансформатора изготавливаются из
сваренных автоматической сваркой двух стальных ли-
стов, предварительно завальцованных на вальцах для
придания кожуху цилиндрической формы.
К торцам цилиндра полуавтоматической сваркой
привариваются фланцы, а затем с помощью шаблона и
приспособлений устанавливаются и прихватываются
охлаждающие ребра, угольники для крепления актив-
ной части, рама кожуха и т. д.
После установки и прихватки входящих в кожух
узлов и деталей кожух обваривается, обрабатывается
на дробеструйной установке, грунтуется и подается на
механическую обработку торцовых фланцев, поверхно-
сти которых являются взрывными путями.
Обработка торцовых фланцев осуществляется на то-
корном станке ДИП-500, приспособленном специально
для этой цели (увеличена высота центров). Сверловка
отверстий во фланцах и нарезка резьб осуществляются
с помощью шаблона на сверлильном станке.
148
После механической обработки кожухи испытывают-
ся гидравлическим давлением на герметичность и проч-
ность и подвергаются окончательной окраске.
После покраски на раме кожуха устанавливаются
оси с катками, буфера, крышка люка. Кожух прини-
мается ОТК и направляется на сборку подстанции.
6-6. СБОРКА АКТИВНОЙ ЧАСТИ ТРАНСФОРМАТОРА
а)	Общие сведения
Технологический процесс сборки активной части
трансформатора содержит два технологических про-
цесса:
1)	первая сборка — установка обмоток;
2)	вторая сборка — сборка отводов.
Технологический процесс первой и второй сборок су-
хого трансформатора взрывобезопасной шахтной транс-
форматорной подстанции аналогичен сборкам силовых
масляных трансформаторов 2-го и 3-го габаритов, опи-
санным в предыдущих выпусках серии «Трансформато-
ры». Поэтому ниже мы изложим только особенности
сборки.
б)	Первая сборка
Подготовив рабочее место, рабочий-сборщик в уста-
новленном порядке производит распрессовку, а затем
расшихтовку верхнего ярма магнитопровода.
Для предохранения внутренних витков обмотки НН,
не имеющей жесткого цилиндра, стержни магнитопро-
вода временно обвертывают полосой электрокартона
толщиной 0,5 мм и затягивают хлопчатобумажной лен-
той. Для предохранения от разрешения концевой фар-
форовой изоляции обмоток на швеллеры нижних ярмо-
вых балок перед насадкой обмоток накладывают асбес-
товые прокладки.
С помощью кран-балки и специального приспособле-
ния обмотки НН насаживаются на стержни магнитопро-
вода; при этом следует внимательно следить во время
насадки за тем, чтобы не повредить внутренние витки
обмотки.
Насадив затем обмотки ВН, проводят расклинивание
обмоток, предварительно проверив совпадение прокла-
149
док обеих обмоток с прокладками на швеллерах ярмо-
вых балок.
Радиальное крепление (расклинивание) обмоток НН
на магнитопроводе проводится специальными стержня-
ми из стеклотекстолита, обмотки ВН — планками из
стеклотекстолита.
Устанавливают стеклотекстолитовые планки вдоль
окружности обмотки ВН поочередно друг против друга,
центруя обмотку ВН.
Расклинив обмотки ВН, приступают к расклиновке
обмотки НН, забивая стеклотекстолитовые стержни меж-
ду ступенями стержней магнитопровода и тем самым
обеспечивая крепление обмоток и прессовку стержней
магнитопров1ода.
Чтобы предохранить фарфоровые детали верхней
концевой изоляции, на них укладывают асбестовые про-
кладки, затем устанавливают прессующие кольца имеж-
дуфазные перегородки в пазы держателей на нижних
ярмовых балках.
Особенность шихтовки магнитопроводов с косыми
стыками заключается в том, что поверхность перекрытия
(переплета) листов значительно меньше, чем у обыкно-
венных прямых стыков, и линия стыка проходит под
45°. Такое расположение листов в магнитопроводе за-
трудняет правильную укладку и совмещение листов яр-
ма с листами стержней в местах стыков.
При шихтовке верхнего ярма необходимо следить за
тем, чтобы не было пропусков листов, и повреждения,
перекрытий листов в местах стыков и зазоров между
стыками больше допустимых. (Допустимые зазоры не
должны превышать 0,5 мм.)
Позиции магнитопрсвода зашихтованного верхнего
ярма, как правило, не доходят до пластин стержней,
оставляя большие зазоры. Для того чтобы придать маг-
нитопроводу правильные размеры, нужно осадить все
листы верхнего ярма до соприкосновения с соответ-
ствующими листами стержня. Осадку производят молот-
ком через фибровую прокладку равномерно без забоин
и загибов отдельных листов. Одновременно с осадкой
выравнивают торцы магнитопровода и круглой конусной
оправкой — выступы отдельных листов в отверстиях
верхнего ярма.
150
После установки ярмовых балок с помощью прес-
сующих шпилек производят прессовку магнитопровода.
Опрессовку обмоток до требуемого осевого размера
в отличие от прессовки обмоток силовых трансформато-
ров 2-го габарита, в которых она осуществляется верти-
кальными прессующими шпильками, в описываемой кон-
струкции трансформатора осуществляют с помощью спе-
циального прессующего устройства.
Нажимными винтами, ввернутыми в верхние полки
обеих ярмовых балок, передаются усил.ия на прессую-
щие кольца через металлические пяты, которые изолиро-
ваны от прессующих колец стеклотекстолитовыми про-
кладками.
Прессовку обмоток производят равномерно ключом,
попеременно переходя от одного винта к другому до
тех пор, пока не будет достигнут нужный осевой размер
и обеспечена необходимая степень прессовки обмоток.
По окончании прессовки нажимные винты застопори-
вают контргайками и устанавливают заземляющие пла-
стины, которые подсоединяются болтами к ярмовой бал-
ке и прессующим кольцам.
По окончании первой сборки активная часть транс-
форматора подвергается на испытательной станции
предварительным испытаниям: 1) определяется коэф-
фициент трансформации каждой фазы; 2) измеряются
потери энергии и ток холостого хода.
в)	Вторая сборка
Активная часть трансформатора после первой сбор-
ки и предварительных испытаний поступает на вторую
сборку, где производят заготовку, установку, соедине-
ние, пайку и изолирование отводов аналогично техноло-
гии изготовления обычных силовых трансформаторов.
Места пайки изолируют стеклолакотканью и банда-
жируют стеклолентой. Места изолировки покрывают ла-
ком ЭФ-ЗБСУ.
Все изоляционные детали из стеклотекстолита долж-
ны быть поданы на сборку окрашенными эмалью
ПРКЭ-13 и пройти технологическую обработку.
В отличие от сушки активной части силовых транс-
форматоров активную часть сухого шахтного трансфор-
матора после сушки окрашивают эмалью с последую-
151
щим запеканием. Сушат активную часть в сушильном
шкафу в течение 8—10 ч при температуре 180±5°С.
Высушенную активную часть выгружают из печи и на-
правляют на окраску.
Защитив все контактные поверхности активной части
от попадания на них эмали, активную часть обдувают
сжатым воздухом и с помощью пульверизатора произво-
дят окраску. Температура .окрашиваемых поверхностей
должна быть 60—70° С. При окраске следят, чтобы все
торцовые поверхности магнитопровода, изолированные
части отводов и консоли были покрыты ровным слоем
покровной эмали ПРКЭ-13 по ТУ завода «Электроизо-
лит» или ПКЭ-14.
Рабочая вязкость эмалей должна составлять 20—
25 сек по воронке ВЗ-4 при температуре 20° С.
Активную часть выдерживают на воздухе в течение
3 ч, загружают >в печь и сушат 3 ч при температуре
100—110° С, затем повышают температуру до 180±5° С
и продолжают сушку в течение 12 ч до исчезновения
отлипа у пленки эмали. В процессе сушки через каждые
3 ч во избежание взрыва паров растворителя произво-
дится подсос воздуха из цеха с выбросом воздуха печи
в атмосферу в течение 10 мин.
После окраски и сушки эмали пленка эмали должна
быть ровной, блестящей, без пропусков и наплывов.
6-7. СБОРКА ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ
Сборка трансформаторной подстанции заключается
в установке в кожух активной части трансформатора,
присоединении выводов ВН и НН к проходным изолято-
рам ячеек с разъединителем высокого напряжения и ли-
нейным автоматам и установке и закреплении последних
на свои места.
Третья сборка трансформатора — горизонтальная;
установка активной части в- кожух отлична от приня-
той для силовых трансформаторов с вертикальной уста-
новкой активной части.
Перед установкой активной части в кожух она вни-
мательно осматривается, прессующие шпильки и болты
подтягиваются, устанавливается температурное реле.
Установка активной части в кожух осуществляется
при помощи специального приспособления (рис. 6-15),
152
закрепленного на кране, позволяющего производить
установку в горизонтальном (рабочем) положении; на-
жимая упором 6 в нижние ярмовые балки магнитопро-
вода, приспособление закрепляют с помощью планки 7
и специальных болтов к верхним ярмовым балкам маг-
нитопровода.
При подъеме активной части подвижная скоба 3 дает
возможность установить активную часть небольшим уси-
Рис. 6-15. Приспособление для установки
активной части в кожух.
1 — рычаг; 2 — рама; 3 — подвижная скоба для
подъема; 4 — активная часть трансформатора;
5 — ярмовые балки магиитопровода; 6 — упор;
7 — съемная планка.
лием в строго горизонтальное положение с помощью
рычага 1.
Крепление активной части трансформатора к кожу-
ху осуществляется четырьмя болтами с гайками и контр-
гайками.
С помощью подкрановой балки устанавливаются
ячейки с разъединителем и автоматом, одновременно
присоединяются выводы ВН и НН, а также концы бло-
кировочных 'проводов, после чего ячейки болтами за-
крепляют на фланцах кожуха трансформатора.
Для удобства сборки на фланцевых соединениях яче-
ек предусмотрены направляющие штыри, которые, по-
гружаясь в соответствующие отверстия на фланцах
кожуха, строго фиксируют положение ячеек.
153
Во время присоединения крышек как на кожухе
трансформатора, так и на ячейках требуется особая
осторожность, чтобы не повредить обработанных поверх-
ностей под взрывные пути.
После затяжки всех болтов необходимо при помощи
щупа проверить зазор между сочленяемыми поверхно-
стями, величина которого в данном случае не должна
превышать 0,2 мм в любом месте сочленения.
По окончании сборки подстанция предъявляется ОТК
и подается на окончательные испытания.
6-8. ИСПЫТАНИЯ ШАХТНЫХ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫХ
ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИИ
Все взрывобезопасные трансформаторные подстан-
ции подвергаются проверке на соответствие техническим
условиям и чертежам, а также контрольным испытани-
ям по следующей программе:
а) испытание механической прочности кожуха транс-
форматора и оболочек ячеек разъединителя и линейного
автомата избыточным гидравлическим давлением 8 ат,
б) проверка выполнения фланцевой защиты; в) провер-
ка сопротивления изоляции; г) измерение сопротивления
обмоток трансформатора при постоянном токе; д) опыт
холостого хода; е) опыт короткого замыкания; ж) испы-
тание электрической прочности изоляции обмоток ВН и
НН приложенным напряжением при частоте 50 гц в те-
чение 1 мин, а также цепей управления, измерения и за-
щиты; з) проверка коэффициента трансформации и
группы соединения обмоток трансформатора; и) испыта-
ние изоляции обмоток трансформаторов наведенным
в контуре обмотки напряжением; к) проверка работы
механических и электрических блокировок, цепей защи-
ты, блокировки и измерения.
Контрольные испытания. В соответствии с техноло-
гической схемой изготовления шахтных взрывобезопас-
ных ТП на заводе контрольные испытания разделены
на несколько этапов:
1.	Предварительные испытания ячеек линейного авто-
мата и разъединителя высокого напряжения. Проверяет-
ся гидравлическим давлением механическая прочность
оболочек корпусов разъединителя и автомата, проверя-
ются правильность схем вторичной коммутации ячеек,
154
работа механической и электрической блокировок, рабо-
та привода разъединителя, а также проводятся испыта-
ния изоляции цепей управления приложенным напряже-
нием 2 кв при частоте 50 гц в течение 1 мин.
После проведения предварительных испытании пере-
численные узлы подаются на окончательную сбо.рку.
2.	Предварительные испытания трансформатора по-
сле первой сборки, при которых посредством мегоммет-
ра на 1 кв измеряется сопротивление изоляции стяжных
ярмовых шпилек и изоляции ярмовых балок относитель-
но магнитопровода, измеряется сопротивление межли-
стовой изоляции магнитопровода и затем определяется
коэффициент трансформации на всех ответвлениях, из-
меряются потери энергии и ток холостого хода.
Механическая прочность кожуха трансформатора
проверяется гидравлическим давлением.
3.	В процессе третьей сборки у подстанции с установ-
ленной ячейкой разъединителя, но без ячейки линейного
автомата проверяется мегомметром на 2,5 кв сопротив-
ление изоляции между обмотками ВН и корпусом, об-
мотками ВН и НН, обмотками НН и корпусом, а также
сопротивление изоляции блокировочных проводов отно-
сительно коппуса, после чего проводятся испытания изо-
ляции приложенным напряжением, кв, в течение 1 мин.
Для цепи ВН (при номинальном напряжении
6 кв)..................................16
Для цепи НН.................................3
Для цепи температурного реле ТР-200 . . . 0,9
После завершения сборки трансформаторная под-
станция подается на окончательные испытания в соот-
ветствии с изложенной выше программой, за исключени-
ем испытания приложенным напряжением трансформа-
тора, которое было проведено в процессе третьей сбор-
ки подстанции.
Как указано 'выше, контрольные испытания шахтных
взрывобезопасных трансформаторных подстанций незна-
чительно отличаются от контрольных испытаний масля-
ных трансформаторов, подробно описанных в {Л. 22].
Особым видом контрольных испытаний взрывобезо-
пасных подстанций как электрооборудования во взрыво-
155
безопасном исполнении являются испытания механиче-
ской прочности оболочек трансформаторной подстанции
гидравлическим давлением,
В соответствии с «Правилами эксплуатации угольных
и сланцевых шахт» все оболочки электрооборудования
во взрывобезопасном исполнении должны испытываться
на механическую прочность избыточным гидравлическим
Рис. 6-16. Схема стенда для гидравлического
испытания оболочек.
1 — испытуемая оболочка; 2 — стенд для гидроиспыта-
ний; 3 — пробковый край; 4 — кран насоса высокого дав-
ления; 5 — заглушка; 6 — кран для выпуска воздуха;
7 — переходное кольцо.
давлением, величина которого зависит от свободного
объема оболочки и в данном случае составляет 8 аг. Ис-
пытанию гидравлическим давлением подвергаются обо-
лочки ячеек разъединителя и автомата, кожух транс-
форматора, крыши, армировка проходных изоляторов.
Гидравлические испытания сварных узлов подстанции
(корпуса ячеек и кожух), а также проверка армировки
смотровых стекол на крышках ячеек линейного автома-
та и разъединителя осуществляются на специальном
стенде (рис. 6-16).
Испытание качества армировки проходных изолято-
ров производится в специальном приспособлении.
Гидравлические испытания оболочек подстанции про-
изводятся после полной их сварки ц механической обра-
ботки.
156
Оболочки очищаются от стружек, металлической пы-
ли и заусенцев. Имеющиеся отверстия для валиков
управления, валов, проходных изоляторов и др. тща-
тельно закрываются специальными заглушками с рези-
новыми прокладками. Перекрытие прокладками глухих
резьбовых отверстий и мест сварки не допускается. Обо-
лочка присоединяется к испытательному устройству 2
откидными струбцинами и заполняется водой с помощью
центробежного насоса. При этом испытываемую оболоч-
ку необходимо установить так, чтобы избежать образо-
вания воздушных подушек. После заполнения обо-
лочки водой, о чем можно судить по появлению воды
в кране 6 для выпуска воздуха, подача воды прекра-
щается, воздухоспускной кран 6 перекрывается, а на-
ружная поверхность оболочки вытирается насухо. При
помощи ручного .насоса .избыточное давление в оболочке
постепенно доводится до испытательного, т. е. 8 ат, и
поддерживается в течение 1 мин, а в случае появления
капель — не менее 3 мин. Если во время гидравлического
испытания оболочек наблюдается незначительное выпу-
чивание стенок в пределах упругих деформаций без на-
рушения целости сварных швов, испытательное давление
должно поддерживаться также не менее 3 мин.
«Потение» оболочки, вызывающее незначительный
капеж—не более одной капли в течение 20 сек, до-
пускается.
Наличие сквозных раковин и пустот, ведущих к вы-
брасыванию воды струйкой или усиленному капежу
более трех капель в минуту, недопустимо.
При наличии дефектов, выявленных при гидравли-
ческих испытаниях, производится вырезка дефективных
мест с последующей их заваркой >и механической обра-
боткой, если она необходима. Исправленные оболоч-
ки подвергаются повторным гидравлическим испытани-
ям. После проведения гидравлического испытания на ис-
пытуемой оболочке ставится клеймо ОТК и составляется
акт о проведении испытания с указанием давления и
времени выдержки при данном давлении. Аналогично
проводятся испытания и других узлов и деталей на ме-
ханическую прочность, если имеются соответствующие
указания в чертеже.
ЛИТЕРАТУРА
1. Петров Г. Н., Электрические машины, ч. 1, Госэнергоиз-
дат, 1956.
fi. Булгаков Н. И., Расчет трансформаторов, Госэнергоиздат,
1950.
3.	Тихомиров Л. М., Расчет трансформаторов, Госэнергоиз-
дат, '1962.
4.	Сапожников А. В., Конструирование трансформаторов,
Госэнергоиздат, 1959.
5.	«Правила .безопасности в угольных и сланцевых шахтах»,
Углетехиздат, .1958.
6.	Типовая методика определения экономической эффективности
капитальных вложений и новой техники в народном хозяйстве
СССР, Госпланиздат, 1960.
7.	Взрывобезопасное электрооборудование. Сборник статей под
редакцией А. А. Тайца и ,И. А. Манина, ЦБТ.ИЭ, .1959.
8.	Андрианов К. А, Теплостойкие креМ|нийорганические ди-
электрики, (Г осэнертопздат, 11957.
9.	Вопросы электрической изоляции, Труды ВЭИ, вып. 62, Гос-
энертоиздат, 11958.
10. Фромберг М. Б., Теплостойкие электроизоляционные по-
крытия, Госэнергоиздат, 1959.
41.	Та реев Б. М., К а з ар н о в с к и й Д. М, Испытания элек-
троизоляционных материалов, Госэнергоиздат, 1962.
4'2	. Яма нов С. А., Защита электрической изоляции от влаги
кремнийорганическимн соединениями, «Вестник электропромышлен-
ности», 1956, № ill.
43.	П р н в е з е.н ц е в В. А., Нагревостойкие обмоточные про-
вода, «Электричество», 1958, № 8.
44.	П р и в е з е и ц е.в В. А., Монтажные провода с нагревостой-
кой изоляцией, «Вестник электропромышленности», 4957, Ns 7.
45.	Шницер Л. М., Нагрузочная способность силовых транс-
форматоров, Госэнергоиздат, .1953.
/1.	6. Кнклевич И. А., Итоги исследования и методика опреде-
ления электрических .нагрузок на .шахтах Донбасса, Материалы на-
учно-технического совещания ino определению электрических нагру-
зок и регулированию напряжения промышленных .предприятий, Гос-
энергоиздат, 4957, .вып. 1.
47.	Фурцев М. Е., Горная электротехника, Углетехиздат, 1956.
48.	Селишев А. Н., Шахтный сухой трансформатор с крем-
.нипорганической изоляцией, Углетехиздат, 4956.
19.	Михеев М. А., Основы теплопередачи, Госэнергоиздат,
158
20.	Кутателадзе С. С., Б о р и ш а н с к и й В М., Справоч-
ник по теплопередаче, Госэнергоиздат, 1959.
21	'Видмар М., Трансформаторы, ГОНГИ, .1931
22	Каганович Е. А., Испытания трансформаторов малой и
средней мощности, Госэнергоиздат, 1959.
23.	Правила изготовления взрывозащпщеиного электрооборудо-
вания, Госэнергоиздат, 1963.
24.	X о р у в ж и й В. А., Р и б а с Ю. М., Н е д о с е к-о в С. С„
Взрывозащ'ишенное электрооборудование, Госэнергоиздат, 1962
25	Фридман Г. Б., Выбор температур старения для элемен-
тов модели сухого трансформатора, «Вестник электропромышленно-
сти», >1962, № 5.
26.	Фридман Г. Б., Тепловой расчет шахтных трансформа-
торов, «Вестник электропромышленности», 1963, № 3.
27.	Kuchler R., Die Transformatoren, 1956.
28.	S 1 m к о v i с F., К вопросу о расчете трансформаторов
с твердым диэлектриком, Strojnoelektrotechnicky casopis SAV, II,
1954.
29.	Simkovic F., Тепловой расчет трансформаторов с твер-
дым диэлектриком, Strojnoelektrotechnicky casopis SAV, VIII, 1957.
30	Goris, Кварцевые трансформаторы, Electricite, 1948.
31	Simkovic F., Трансформаторы с изоляцией высокой на-
гревостойкости, Elektrotechnicky casopis, XI, 1960.
32.	Т i р t о n Е. W., Вопросы механической прочности обмоток
стержневых трансформаторов при коротком замыкании. Paper Amer.
Soc. Meeh. Engs, 1957.
33.	Halacsy А. А., Превышения температур сухих трансфор-
маторов, Power Apparatus and Systems. 1958, № 37.
34.	Whitman L. С., Старение изоляции в атмосфере чистого
кислорода м в вакууме, El. Engineering, 1958, № 9.
35.	Сухие силовые трансформаторы с кремнийогранической изо-
ляцией, Insulation, 1958, № 4.
36.	Whitman L. С., Координация моделей сухих трансформа-
торов с геометрией трансформатора, Transaction AIEE, 1956, v. 75,
pt III
37	Определение нагревостойкости сухих вентилируемых сило-
вых и распределительных трансформаторов, Стандарт AIEE, 1956,
№ 65.
38.	W а 11 е г s Т. R., Scheideler A. L., Изучение моделей
для оценки изоляционных систем сухого трансформатора, Transac-
tions AIEE, 1956, v 75, pt III.
39	Сухие трансформаторы (обзор). The Electrical Journal,
1956, № 7.
40.	W h i t m a n L. С., Нагрузка герметичных сухих трансфор-
маторов, Power Apparatus and Systems. 1957, № 3.
41.	Blume, В о у a d j a n A., C a m i 11 i C.. Transformer Engi-
neering, New York, 1951.
Серия „ТРАНСФОРМАТОРЫ**
ВЫШЛИ ИЗ ПЕЧАТИ
Выпуск 1. Л. М. Шницер, Основы теории и нагрузочная способ-
ность трансформаторов
Выпуск 2. Е. А. К а г а н о -в и ч, Испытание трансформаторов малой
и средней мощности
Выпуск 3. ГТ. Г. Б у р м а н и А. Г. К р а й з, Производство магни-
топроводов трансформаторов
Выпуск 4. Е. Г. М и н с к е р, Сборка масляных трансформаторов
малой и средней мощности
Выпуск 5. Г. В. Алексенко, Параллельная работа трансформа-
торов
Выпуск 6. В. Ш. А н ш и н и А. Г. К р а й з, Сборка мощных транс-
форматоров
Выпуск 7. С. А. Ф а р б м а н и А. Ю. Б у н, Ремонт и модернизация
тр ансфор маторов.
Выпуск 8. Г. В. А л е к с е н к о, А. К- А ш р я т о в и Е. С. Ф р и д,
Испытания высоковольтных и мощных трансформаторов и
автотрансформаторов, часть 1
Выпуск 9. Г. В. А лек се нк о, А. К. Ашрятов и Е. С. Фрид,
Испытания высоковольтных и мощных трансформаторов и
автотрансформаторов, часть 2
Выпуск 10. А. М. Д ы м к о в, Трансформаторы напряжения
ГОТОВЯТСЯ К ПЕЧАТИ
А.	М. Годунов, Охлаждение масляных трансформаторов
В.	В. П о р у д о м и н с к и й, Трансформаторы с переключением поя
нагрузкой
С.	А. Городецкий. Монтаж силовых трансформаторов
Цена 45 хоп.