При работе трансформатора в обмотках и магнитном проводе происходят потери энергии, что приводит к нагреванию, от нагрева уменьшается срок службы трансформатора. Задача системы охлаждения – добиться такой температуры масла, при которой работа тягового трансформатора должна быть максимально эффективна и безопасна.
Описание и конструкция тягового масляного трансформатора
Трансформатор снижает входное электрическое напряжение контактной цепи до заданных параметров. В его функции входит питание двигателей и электрооборудования состава. Ключевое отличие тягового трансформатора от иных видов трансформаторов заключается в широком диапазоне выходного напряжения, поддающегося регулировке в соответствии с требованиями питаемых устройств.
Требования к материалам и качеству сборки тяговых трансформаторов намного строже, чем к другим видам трансформаторов, что приводит к высокой надежности и максимальному КПД этих устройств.
Конструкция масляного трансформатора включает в себя:
- Активную часть;
- ввод обмоток;
- бак;
- масляную систему охлаждения.
Активной частью называют обмотки и систему изоляции, магнитопровод, отводы. Для оптимизации работы, она помещена в специальное масло, охлаждающее магнитопровод и обмотки системы. В обмотках каждый последующий обеспечен специальной изолирующей прокладкой, исключающей соприкосновение с нижней или верхней частью. При этом обмотка омывается маслом со всех четырех сторон, что максимизирует охлаждающие свойства.
В тяговых системах, принимает напряжение первичная обмотка, являющаяся единственной. Вторичных обмоток чаще всего несколько и работать они могут параллельно или отдельно друг от друга. Каждая из них выдает напряжение, требуемое конкретному потребителю, будь то двигатель электровоза или освещение состава.
При подаче напряжения на первичную обмотку по ее виткам начинает идти ток, который создает переменный магнитный поток, замыкающийся по сердечнику. Изменение напряжения выходного тока происходит путем подбора соотношения между числом витков обмоток высшего и низшего напряжений.
При этом конструкция трансформатора может включать несколько обмоток низшего напряжения, переключаемых в соответствии с требуемыми значениями.
Различают стержневые и броневые трансформаторы, разница между ними заключается в конструкции используемого сердечника. Стержневые трансформаторы позволяют упростить конструкцию обмоток, и, следовательно, облегчить обслуживание и ремонт. Но вместе с тем увеличиваются зазоры между сердечником и баком, что приводит к увеличению всей конструкции.
Где применяются
Тяговые трансформаторы с масляным охлаждением применяют на железнодорожных составах для преобразования входного напряжения электросети до напряжения, необходимого для работы тяговых двигателей состава и прочего оборудования. Масляное охлаждение позволяет сделать трансформатор компактным и более эффективным.
Вместе с тем, масляное охлаждение является одним из наиболее надежных вариантов исполнения трансформаторов. В электрических локомотивах трансформатор ничем не дублируется, при его поломке или выходе из строя передвижение локомотива невозможно.
Правила эксплуатации масляных насосов электровозов
Насос охлаждения трансформатора работает в постоянном режиме, создавая давление в системе и обеспечивая непрерывное охлаждение тягового трансформатора. Не работающий насос должен быть полностью заполнен маслом.
Перед тем как включать насос, необходимо заполнить его трансформаторным маслом до необходимого уровня и удалить из него все возможные остатки воздуха. Заполнение маслом происходит медленно. После открытия всасывающего трубопровода, масло в течении 15-20 минут заполняет все необходимые полости. Одновременно с открытием всасывающего патрубка, открывают клапан выпуска воздуха, который выходит из системы под давлением поступающего масла.
Еще одним важным элементом использования насоса является направление движение перегоняющей крыльчатки. На многих моделях охлаждающих насосов направление движения напрямую проверить нельзя, тогда правильность работы системы проверяют по косвенным признакам. Одним из них является максимальное давление масла во всей системе, которое невозможно при неверной работе крыльчатки. То есть, то правильность направления движения вычисляется путем переключения фаз крыльчатки насоса.
После запуска насоса и повышения давления, открывают нагнетательный патрубок, передающий масло в тяговый трансформатор. Работа насоса с закрытой задвижкой не должна превышать 1-2 минуты. Подобные ситуации ведут к перегреву масла и выхода из строя обмотки электронасоса.
Слив масла производится на неработающем насосе через специальный отводящий канал. При необходимости разборки насоса, первым делом его отключают от электрической цепи, затем отсоединяют трубопроводы и приступают к разборке корпуса.
Особенности использования тягового трансформатора в зимнее время
Работа трансформатора при отрицательных температурах связана с определенными сложностями. Одной из главных является сложность поступления тока с внешних источников, ведь провода нередко обледеневают и не могут передавать напряжение в нормальном режиме.
Если температура масла тягового трансформатора опускается ниже -15°С, то перед началом работы с системой необходимо включить соответствующий тумблер, включающий подогрев масла и уменьшающий интенсивность работы масляного насоса до тех пор, пока температура масла не повысится.
Запуск насоса без предварительного прогрева запрещается.
Еще одной особенностью зимнего периода является инея и последующего конденсата на поверхности двигателя и иных нагревающихся частей, в результате резкого перепада температур. Для предотвращения подобных проблем, перед началом работы трансформатора и вспомогательного оборудования, нужно включить вентилятор или сетевой обогрев обмотки оборудования.
Включение тягового оборудования без предварительного нагрева в подобных условиях недопустимо. При перепаде температур 5-10°С влага и иней удаляется в течение 40 минут естественным образом. Перед запуском локомотива, стоящего в резерве, понадобится прогрев в течении полутора-двух часов. Чтоб выяснить достаточным ли был прогрев, нужно измерить сопротивление обмотки, если оно выше допустимых значений – процедуру следует повторить.
Для предотвращения появления конденсата, следует помещать локомотивы на хранение и стоянку в теплое помещение с прогретыми двигателями, либо охлаждать нагретые части постепенно, тем самым нивелирую разницу температур. Обдувать холодные двигатели горячим воздухом также недопустимо, ведь из-за этого происходит преждевременный износ обмотки, способный привести к пробою при нагрузке и вывести оборудование из строя.
Чтоб избежать попадания снега в вентиляционные отверстия во время стоянок локомотива, вентиляторы охлаждения нужно переключить на низкую частоту вращения. Во время длительных стоянок или сильных метелей на воздуховоды системы охлаждения устанавливают специальные фильтры-круги, препятствующие попадание снега.
В целом, эффективность работы тяговых двигателей в зимний период времени повышается, благодаря оптимальной температуре воздуха, охлаждающей тяговый двигатель. Но вместе с тем, ухудшается контакт электропоезда с рельсами и сопротивление питающих проводов. Поэтому эффективность дополнительного охлаждения нивелируется препятствующими движению факторами.
Нормы температуры трансформаторного масла
Процесс теплообмена масла с обмоткой тягового трансформатора условно можно разделить на две части:
- Отдача тепла от обмотки маслу.
- Передача тепла от масла окружающей среде.
Первый этап предусматривает охлаждение элементов обмотки, для последующего передачи тепла окружающей среде на втором этапе. То есть нормальный ход первого этапа возможен только в том случае, если температура масла не превышает оптимального значения. Если масло перегреется, то не сможет забрать необходимое количество тепла от проводки и элементы двигателя начнут перегреваться.
Температура обмотки не должна превышать 55-60°С, относительно температуры окружающей среды. Магнитопровод и другие конструктивные элементы могут нагреваться до 75°С. Чтоб поддерживать такие значения, трансформаторное масло не должно превышать максимальное значение в 60°С. Температура верхних слоев может превышать нижнюю, что нужно учитывать при замерах.
Нижним пределом температуры масла является -30°С. Запуск насоса при подобной температуре невозможен и может привести к поломке всей системы. В подобных условиях масло предварительно нужно подогреть, используя специальные вентиляционные и обогревательные системы.
