Комплексные взрывобезопасные передвижные трансформаторные подстанции (КТП) - один из специальных видов трансформаторного оборудования, которое предназначено для электроснабжения добывающих и проходных участков угольных и сланцевых шахт, где есть опасность взрыва метана.

Потребность в таких подстанциях возникла еще в начале 60-х годов прошлого века, когда на угольных шахтах появились новые угледобывающие машины высокой производительности, а потому скорость добычи возросла настолько, что длина кабельных линий от стационарных подстанций увеличилось, и напряжение на зажимах электродвигателей понижувалось до значений, которые не позволяли полноценно использовать возможности угледобывающих машин.

В конце 50-х годов Запорожский трансформаторный завод, а впоследствии и Хмельницкий завод трансформаторных подстанций разработали и серийно выпускали передвижные взрывозащищенные трансформаторные подстанции типа ТСШВП мощностью 180 кВА. В этих подстанциях применялись сухие трансформаторы с кремниеорганичною изоляцией, которые устанавливались в прочном стальном взрывонепроницаемую корпусе с взрывозащиты вида: "взрывонепроницаемую оболочка" и с оребреные внешней и внутренней поверхностями. Подстанции укомплектовывались разъединители холостого хода и распределительным устройством низшего напряжения, в котором устанавливались автоматический выключатель, реле утечки и измерительные приборы (вольтметр, амперметр).

Учитывая, к тому времени, дефицит кремнейорганичнои изоляции и ее высокой стоимости, проводились разработки альтернативных конструкций шахтных взрывозащищенных трансформаторных подстанций. Института Гипронисэлектрошахт (ныне УкрНИИВЭ) была поручена разработка подстанций с кварцевым наполнением трансформатора.

Взрывобезопасности в этой конструкции трансформатора обеспечивалась "погружением" трансформатора в кварцевый песок. Установлено, что кварцевый песок гасит электрическую дугу, которая возникает при коротком замыкании в обмотках трансформатора, и, при определенной толщине слоя, продукты горения дуги не попадают наружу и не достигают стенок корпуса, что обеспечивает взрывобезопасности. Кроме того, песок гасит давление взрыва, и корпус может быть выполнен из тонколистовой стали с гофрированной боковой поверхностью, позволяет эффективно отводить тепло, снизить температуру нагрева обмоток и применить обычную бумажно-бакелитовой изоляцию.

Институт Гипронисэлектрошахт провел широкий спектр исследований различных вариантов конструкций: гранулированный состав кварцевого песка, способ его защиты от увлажнения, адаптированность подстанции к условиям эксплуатации в шахтах Украины и республиках бывшего СССР. В результате проведенных работ в 1960 году была разработана документация и изготовлены 30 подстанций нового типа ТКШВП-180 / 6 мощностью 180 кВА. К 1963 году Донецкий энергозавод разработал серию подстанций ТКШВП мощностью 63, 100, 135, 180, 240, 320 кВА (таблица 1). Ежегодно на шахты бывшего СССР Донецкий энергозавод поставлял 1.5 - 2.0 тыс. подстанций серии ТКШВП.

В конце 70-х годов подстанции серии ТКШВП мощностью до 320 кВА уже не удовлетворяли нужды угольной промышленности, поэтому машиностроительные предприятия Украины и России создали угледобывающие комплексы мощностью 500 кВт, их производительность составляла 3-5 тыс. тонн угля в сутки. Дефицита кремниеорганичнои изоляции в конце 70-х годов уже не существовало, поэтому за основу была принята конструкция на ее основе.

К особенностям горных взрывобезопасных трансформаторов относятся:

- Высокая прочность взрывонепроницаемой оболочки;
- Ограниченные шахтными выработками размеры по высоте, ширине, длине;
- Ограниченная способность оболочки в передаче тепла в окружающую среду;
- Низкие значения напряжения короткого замыкания, обусловленные питанием двигателей сопоставим мощностей;
- Высокая электродинамическая устойчивость активной части трансформатора;
- Стохастический режим работы трансформатора.

Прочность взрывонепроницаемой оболочки корпуса трансформатора достигается путем применения стального проката толщиной не менее 4 мм, что усложняет выполнение ее поверхности гофрированной, поэтому стенка выполняется из сварных гофр определенной глубины, что при ограниченных размерах оболочки не позволяет увеличить их количество, и, соответственно, не позволяет повысить коэффициент теплоотдачи. Повышение напряжения на зажимах электродвигателей комбайна и конвейера требует снижения напряжения короткого замыкания на трансформаторе.

Расчеты показывают, что подстанции мощностью 180 кВА с Uк = 2,5% обеспечивают пуск электродвигателей такой же, как и подстанции мощностью 320 кВА с Uк = 5,5%. Но снижение напряжения короткого замыкания приводит к увеличению электродинамических усилий в обмотках трансформатора и требует усиления конструкции их крепления. Это явление известно, но воплощение его в конструкции горных трансформаторов требует разработки оригинальных решений.