Návrh, který zahrnuje sestavený magnetický systém se všemi částmi použitými k jeho zajištění, se nazývá rám transformátoru.
Sada desek vyrobených z elektrooceli a sestavených do určitého geometrického tvaru určených ke koncentraci hlavního magnetického pole transformátoru se nazývá tzv. magnetický systém transformátoru. Magnetický systém se skládá z tyčí, na kterých jsou umístěna vinutí a třmenů, které uzavírají magnetický obvod. Povrch desek je izolován buď žáruvzdornou fólií nebo lakem, nebo žáruvzdornými a lakovými fóliemi v kombinaci.
Podle zařízení se rozlišují pancéřové, pancéřové tyčové a tyčové magnetické systémy. U výkonových transformátorů je nejpoužívanější tyčový magnetický systém, který na rozdíl od ostatních dvou nemá boční třmeny.
Podle způsobu montáže se magnetické systémy dělí na tupé a laminované. Tupý systém je magnetický systém, ve kterém jsou tyče a třmeny sestaveny a upevněny odděleně a jsou při montáži spojeny dohromady. Tento systém se snadno sestavuje, má však řadu významných nevýhod a v současnosti se používá pouze v reaktorech.
V domácím transformátorovém průmyslu se používá hlavně vrstvený magnetický systém, ve kterém jsou tyče a třmeny sestaveny propletené (obr. 1): zkrácené desky tyčí 1 jsou spojeny s prodlouženými destičkami třmenu, poté, překrývajíc spoj, prodloužená tyč desky jsou spojeny se zkrácenými deskami třmenu. Pokládkou vrstva po vrstvě je magnetický systém vybudován na požadovanou tloušťku. Toto párování tyčí s třmeny se nazývá fúze s přímým spojováním desek.
Obr. 1. Laminovaný magnetický systém s přímým spojováním desek
Obr. 2. Vázání plochého třítyčového magnetického systému s přímým spojováním plátů:
a – poloha desek předchozí vrstvy, b – poloha desek následující vrstvy
Obvykle se pro urychlení procesu montáže při míchání nedává do každé vrstvy jedna, ale dvě nebo tři desky, takže se sestava nazývá dávka dvou nebo tří desek. U takové sestavy se celá tloušťka tyčí a třmenů skládá ze střídajících se vrstev desek (obrázek 2, a, b). Přímé laminování spojovacích desek bylo široce používáno v ocelových magnetických systémech válcovaných za tepla. Při použití oceli válcované za studena se pro plnější využití jejích vlastností sestavují magnetické systémy tak, aby se směr magnetického pole shodoval se směrem válcování nejen v tyčích a třmenech, ale i v místech přechodu z pruty k jhom. K tomu se používá montážní schéma se šikmými spoji (obr. 3, a, b), které redukují úseky magnetického obvodu, kde se indukční čáry neshodují se směrem válcování. V magnetických systémech se šikmými klouby se celkové ztráty naprázdno sníží o 10–12 % a proudy naprázdno se sníží o 25–30 %.
Vázání šikmými spoji poněkud komplikuje přípravu desek a montáž magnetického systému, proto se někdy montáž zjednodušuje: dělají čtyři šikmé (v rozích) a dva přímé spoje, nebo kombinují první vrstvu se šikmými spoji, druhou s rovnými (obr. 4, a, b ).
V transformátorech velikostí I-II se často používá kroucený magnetický systém, ve kterém tyče a třmeny tvoří integrální strukturu a získávají se navíjením pásků z elektrooceli.
Obr. 3. Schéma nabíjení třítyčového magnetického systému se šikmými spoji desek:
a je poloha desek předchozí vrstvy; b – poloha desek následující vrstvy
Desky magnetických systémů starých spouště byly z obou stran potaženy izolačním lakem. V současné době se používá vinutá transformátorová ocel s tepelně odolným izolačním povlakem (oxid a fosforečnan hořečnatý), který nevyžaduje další izolaci lakem. Průřez tyčí a třmenů je proveden vícestupňový, takže tvar je blízký kruhu. Toho je dosaženo použitím desek různých šířek.
Obr. 4. Schéma nabíjení s kombinací přímých a šikmých spojů desek:
a – první vrstva, b – druhá vrstva
Tyče a třmeny magnetických systémů transformátorů o výkonu 630 kVA a více se upevňují metodou utahování: čepem a bez čepu. Metoda čepů zahrnuje vložení ocelových čepů do průchozích otvorů tyčí a třmenů, izolovaných od aktivních ocelových a třmenových nosníků papírovými bakelitovými trubkami a izolačními podložkami a jejich utažení maticemi. Tato metoda se používala především v magnetických systémech sestavených z ocelových plechů válcovaných za tepla.
Na Obr. Obrázek 5 ukazuje strukturu rámu s třítyčovým vlásenkovým magnetickým systémem transformátoru třetí velikosti. Tyče 1 jsou utaženy čepy 5, třmen 2 čepy 4 a třmeny třmenu 3. Třmeny třmenu vytvářejí rovnoměrné přitlačování třmenů a poskytují podporu vinutí. Otvory 7 na horních nosnících třmenu jsou určeny pro upevnění zvedacích čepů; vertikální trny 5, izolované papír-bakelitovými trubkami 9, spojují horní nosníky třmenu se spodními a slouží také k lisování vinutí. Jádro je na dně nádrže podepřeno deskami 11, které jsou od aktivní oceli izolovány těsněními 10. Narušení elektrické izolace mezi nimi může vést k přehřátí, zvýšeným ztrátám a poškození transformátoru. Pro izolaci nosníků od třmenu je mezi ně umístěna elektrokartonová rozpěrka 6. Izolace trnů od tyče a třmenu je znázorněna na Obr. 23.
Rýže. 5; Rám třífázového transformátoru s vlásenkou magnetického systému (a); elektrokartonová izolace třmenového nosníku (b)
Obr. 6. Konstrukce izolace spojovací tyče: tyč; b – jho; 1 – spojovací tyč, 2 – papír-bakelitová trubka, 3 – aktivní ocelová tyč, 4, 7 – elektrokartonové rozpěrky, 5 – ocelová podložka, 6 – aktivní ocelový třmen, 8 – třmenový nosník
Vlivem ztrát vířivými proudy a obrácením magnetizace oceli se magnetický systém zahřívá. Pro odvod tepla z magnetických systémů transformátorů o výkonu až 6300 kVA obvykle stačí jejich vnější povrch. U výkonnějších transformátorů je chladicí plocha zvětšena vytvořením kanálků mezi pakety desek. Mezi třmeny a třmeny jsou také vytvořeny kanály, mezi nimiž se instaluje izolace („most“), sestávající z elektrické lepenkové desky 12 a 14 podložek 13 připevněných k ní pomocí elektrických kartonových nýtů, shromážděných na požadovanou tloušťku z pásů elektrické lepenky a slepeno bakelitovým lakem v horkém lisu (obr. 5,6).
Když transformátor pracuje, jádro je v elektrickém poli, v důsledku čehož získává elektrický náboj. Protože náboj v jednotlivých částech rámu není stejný, může mezi nimi vzniknout potenciálový rozdíl, který způsobí výboje. Aby se tomuto jevu zabránilo, je magnetický systém a třmenové paprsky uzemněny.
Existuje několik typických schémat uzemnění; volba jednoho nebo druhého obvodu závisí na výkonu transformátoru a konstrukci magnetického systému. Na Obr. Obrázek 7 ukazuje návrh uzemnění používaného v transformátorech od 1 do 6,3 MB-A. Mezi deskami prvního balíku 7 od třmenu 1 ve vzdálenosti od okraje 10 mm (pokud je tloušťka balíku menší než 20 mm, zemnící lišta je umístěna uprostřed balíku), pocínovaná měď tyč 75 o tloušťce 2 mm a šířce 0,3 mm je vložena do hloubky 30 mm. Jeho druhý konec je připevněn šroubem 4 pomocí pojistné podložky 5 k výstupku 6 přivařenému k nosníku třmenu na straně ohybů NN. Tato stopka je instalována symetricky na spodním třmenu. Zemnící obvod je připojen k uzemněné nádrži přes třmenové nosníky a konstrukční prvky. U transformátorů I a někdy II velikosti je druhý konec přípojnice upnut mezi třmenovým nosníkem a elektrickou kartonovou rozpěrkou 3.
Obr. 7. Návrh uzemnění magnetické soustavy transformátorů o výkonu 1–6,3 MB-A
Obr. 8. Metody bezkolíkového lisování (spojky) magnetického systému:
a – třmen s vnějšími čepy, tyče – se skleněnými pásy, b – třmen s polovičními pásy; 1 — pás elektrokartonu, 2 — skleněný obvaz, 3 — tyč, 4 — třmen třmenu, 5 — vnější kolík, 6 — horní třmen, 7 — deska elektrolepenky, 8 — izolace poloobvazu elektrokartonu, 9 — ocelová polovina -obvaz izolovaný skelnou páskou, 10 — izolační těsnění ze sklolaminátu, 11 – ocelová matice s podložkou
V magnetických systémech z oceli válcované za studena se používá bezčepové lisování tyčí a třmenů. Proto není třeba děrovat otvory v deskách; to umožňuje úplnější využití vlastností oceli.
Kovové pásky se dříve používaly k uvázání tyčí některých transformátorů. Kvůli řadě nedostatků se však příliš nepoužívají. V současné době se na táhla používají pouze skleněné pásy.
Bezčepové lisování magnetického systému je znázorněno na Obr. 8. Vnější kolíky 5 umístěné na koncích nosníků třmenu 4 přitlačují třmen. Tyče 3 jsou svázány skleněnými pásy 2—LSB-T páskou navinutými v několika vrstvách na pás 1 elektrokartonu.
Třmeny magnetických systémů transformátorů o výkonu 4000-6300 kV-A jsou utaženy vnějšími svorníky, výkonnější – speciálními vnějšími ocelovými krabicemi izolovanými elektrokartonem a v roztečích tyčí – polovičními bandážemi ( Obr. 8). U bezčepového táhla jsou horní a spodní nosníky třmenu upevněny ocelovými deskami umístěnými na obou stranách každé tyče nebo svislými čepy.
Obr. 8. Celkový pohled na rám s bezčepovým magnetickým systémem třífázového transformátoru velikosti III: 1 – spodní třmenové nosníky, 2 – tyč, 3 – svislé táhla, 4 – horní třmenové nosníky, 5 – zvedací tyče, 6 – horní třmen, 7 – ocelové polobandáže, 8 – skleněné pásy, 9 – navíjecí lisovací šrouby , 10 – spodní třmen, 11 – police pro nosné vinutí, 12 – nosné desky
Kostry magnetického systému zadku Používají se především pouze v tlumivkách spínacích zařízení přepínačů odboček a bočníkových tlumivek pro kompenzaci kapacitních proudů ve vysokonapěťových elektrických sítích. Jádrové tyče tupého magnetického systému (obr. 9) se skládají ze samostatných plochých stupňovitých vložek 3, sestavených z desek a lisovaných ocelovými kolíky, izolovaných papír-bakelitových trubek a elektrických kartonových podložek. Vložky jsou od sebe izolovány elektrickými kartonovými podložkami. Volbou tloušťky těsnění se získá požadovaná indukční reaktance reaktoru.
Obr. 9. Jádro zadního magnetického systému reaktoru
Třmen reaktoru je lisován třmenovými nosníky 1 a ocelovými čepy 2. Třmen a vložky jsou uzemněny vzájemným spojením se stěnou nádrže zemnicí lištou. Třmeny a vložky, sestavené do jediné konstrukce, jsou upevněny masivními ocelovými čepy 4 a příčnými nosnými nosníky 6, izolovanými od třmenu elektrokartonem. Aktivní část bočníkových reaktorů je stejně jako výkonové transformátory umístěna v nádrži s transformátorovým olejem, tlumivky přepínače odboček jsou umístěny v nádrži transformátoru.
