Классификация изоляции трансформаторов

   Каждый силовой трансформатор при оценке его электрической прочности может быть представлен состоящим из трех систем — системы частей, находящихся во включенном траформаторе под напряжением, системы заземленных частей и системы изоляции, разделяющей как первые две системы, так отдельные части, находящиеся под напряжением.
   К системе частей, находящихся под напряжением, относятся  все металлические части и детали, служащие для проведения рабочего тока (обмотки, контакты переключателей ступеней напряжения, отводы, проходные шины и шпильки вводов и пр.), а также все гальванически соединенные с ними детали (защитные экраны, емкостные кольца, металлические колпаки проходных изоляторов и др.). К системе заземленных частей следует отнести: магнитную систему со всеми металлическими деталями, служащими для ее крепления; бак и систему охлаждения, также со всеми деталями и металлической арматурой в масляных трансформаторах или защитный кожух в сухих трансформаторах.
   Изоляция, разделяющая части, находящиеся под напряжением, между собой и отделяющая их от заземленных частей, в силовых трансформаторах выполняется в виде конструкций и деталей из твердых диэлектриков — электроизоляционного  картона, кабельной бумаги, лакотканей, дерева, текстолита ,бумажно-бакелитовых изделий, фарфора и других материалов.Части изоляционных промежутков, не заполненные твердым диэлектриком, заполняются жидким или газообразным диэлектриком — трансформаторным маслом в масляных трансформаторах, атмосферным воздухом в сухих трансформаторах. В качестве такого диэлектрика иногда применяются и другие жидкости и  газы, а также практикуется заливка всего трансформатора компаундом или заполнение кварцевым песком. 
   Изоляция обмоток может быть подразделена на
    главную изоляцию, т. е. изоляцию каждой из обмоток от заземленных частей и от других обмоток, и продольную изоляцию — между различными точками данной обмотки, т. е. между витками, слоями и элементами емкостной защиты. Аналогично можно подразделить также и изоляцию отводов и переключателей. Разделение изоляции на главную и продольную может быть отнесено к масляным и сухим трансформаторам. Классом напряжения обмотки называют длительно допустимое рабочее напряжение. Класс напряжения обмотки трансформатора совпадает с номинальным напряжением электрической сети, в которую обмотка включается. Классом напряжения трансформатора считают класс напряжения обмотки высокого напряжения. Каждому классу напряжения трансформатора соответствуют номинальное рабочее напряжение и определенные испытательные переменные напряжения при 50 Гц и импульсное. Так, для класса напряжения 35 кВ номинальными напряжениями по ГОСТ являются 35; 36.75 и 38,5 кВ; наибольшее рабочее напряжение равно 40,5 кВ; испытательное переменное напряжение 50 Гц равно 85 кВ. а импульсное для полной волны 200 кВ.   

Требования,предъявляемые к изоляции трансформатора

    Изоляция трансформатора должна выдерживать без повреждений электрические, тепловые, механические и физико-химические воздействия, которым она подвергается при эксплуатации трансформатора.
Стоимость изоляции составляет существенную долю стоймости трансформатора. Для трансформаторов классов напряжения 220-500 кВ стоимость изоляции, включая масло, достигает 15-20% стоимости всего трансформатора.
   Главными задачами при проектировании изоляции трансформатора являются: определение тех воздействий, прежде всего электрических, которым изоляция подвергается в процессе  эксплуатации; выбор принципиальной конструкции изоляции и форм изоляционных деталей; выбор изоляционных материалов, заполняющих изоляционные промежутки, и размеров изоляционных промежутков.
    В эксплуатации силовой трансформатор постоянно находится  во включенном состоянии, а его изоляция — под длительным воздействием рабочего напряжения, которое она должна
выдерживать без каких-либо повреждений неограниченно долгое время. Допустимые продолжительные превышения напряжения должны быть указаны в стандартах на конкретные типы и группы трансформаторов. Согласно требованию ГОСТ силовые трансформаторы должны быть также рассчитаны на работу в определенных условиях при кратковременном напряжении, превышающем номинальное до 15 и 30%. В электрической системе, в которой работает трансформатор, вследствие нормальных коммутационных процессов (включения и выключения больших мощностей и т.д.) или процессов аварийного характера (КЗ, обрывов линий и т. д.) возникают кратковременные перенапряжения, достигающие в отдельных редких случаях значений, близких к четырехкратному фазному напряжению. Длительность этих перенапряжений измеряется сотыми долями секунды и, как правило, не превышает 0,1 с. Нормальное рабочее напряжение и перенапряжение коммутационного характера воздействуют в основном на главную изоляцию обмотки. В воздушной сети могут возникать также импульсные волны перенапряжений, вызванных грозовыми атмосферными разрядами. Достигая трансформатора, они воздействуют на его изоляцию. Атмосферные перенапряжения в отдельных неблагоприятных случаях достигают 10-кратного фазного напряжения при длительности, измеряемой микросекундами. Воздействие атмосферных грозовых перенапряжений сказывается главным образом на продольной изоляции обмоток трансформатора, в частности, на изоляции между витками, между слоями витков и между отдельными катушками обмотки.
     При возникновении перенапряжений того или иного типа в случае недостаточной электрической прочности изоляции может произойти электрический разряд или даже пробой, т. е. местное разрушение изоляции. Для упрощения расчета и стандартизации требований, предъявляемых к электрической прочности изоляции готового трансформатора, электрический расчет изоляции производится так, чтобы она могла выдержать приемо-сдаточные и приемочные испытания, предусмотренные соответствующими нормами. Нормы испытаний составлены с учетом возможных в практике значений, длительности и характера электрических воздействий, содержат необходимые запасы прочности и закреплены в ГОСТ. Нормы периодически пересматриваются в соответствии с уточнением технических требований, предъявляемых к трансформаторам, развитием их производства и улучшением условий эксплуатации. Эти нормы являются строго обязательными для всех предприятий, выпускающих трансформаторы (см.таблицу). 

 

Класс напряжения, кВ

 

      Испытательные напряжения

приложенное действующее Uисп кВ

импульсное амплитудное (кВ) при волне

полной

срезанной

3

18

44

50

6

25

60

70

10

35

80

90

15

45

108

120

20

55

130

150

35

85

200

225

110

200

480

550

150

230

550

600

220

325

750

835

330

460

1050

1150

500

630

1550

1650

 Электрическая прочность изоляции трансформатора обеспечивается прежде всего правильным учетом тех электрических воздействий, которые эта изоляция испытывает в эксплуатации, и правильным выбором норм, т. е. испытательных напряжений и методов воздействия на изоляцию при приемо-сдаточных и приемочных испытаниях трансформаторов. Именно условиями электрической прочности определяется выбор принципиальной конструкции изоляции и форм ее деталей.Обмотки и все токоведущие части трансформатора при eго работе нагреваются. Как длительное,так и кратковременное (аварийное) воздействие высоких температур на изоляцию обмоток вызывает старение изоляции, которая постепенно теряет свою эластичность, становится хрупкой, снижается ее электрическая прочность, и она разрушается. В правильно paссчитанном и правильно эксплуатируемом трансформаторе изоляция обмоток должна служить 25 лет и более.
    Необходимая нагревостойкость изоляции, гарантирующая длительную безаварийную работу трансформатора, достигается ограничением допустимой температуры его обмоток и масла, применением изоляционных материалов соответствующего класса, выдерживающих длительное воздействие допустимой температуры, и рациональной конструкцией обмоток и изоляционных деталей, обеспечивающей их нормальное охлаждение. При прохождении электрического тока по обмоткам и другим токоведущим частям между ними возникают механические силы. В аварийном случае КЗ трансформатора механические силы, достигая значений тем больших, чем больше мощность трансформатора, могут вызвать разрушающие напряжения в межкатушечной или опорной изоляции обмоток.
     Выбор изоляционных материалов производится с учетом изоляционных свойств, механической прочности и химической стойкости по отношению к трансформаторному маслу, если речь идет о масляном трансформаторе. Материал не должен вступать в химические реакции с маслом при температуре до 110° и не должен содействовать химическим и физическим изменениям масла в качестве катализатора. В трансформаторостроении накоплен достаточный опыт для выбора изоляционных материалов для масляных и сухих трансформаторов, имеющих необходимые изоляционные свойства, стойких в химическом отношении и обладающих достаточной механической прочностью, позволяющей им выдерживать механические воздействия при аварийных процессах в трансформаторе. Материалы применяемые в масляных трансформаторах, например электороизоляционный картон, бумага разных сортов, фарфор, хлопчатобумажная лента, не вступают в химическое взаимодействие с маслом, не разрушаются сами и не способствуют химическому разложению и загрязнению масла. Изоляционные материалы, имеющие в том или ином виде смолы, лаки и эмали, например эмалевая изоляция провода, бумажно бакелитовые изделия, лакоткани, текстолит должны содержать смолы, лаки и эмали, нерастворимые в трансформаторном масле. В обычно применяемых конструкциях трансформаторов изоляция подвергается воздействию, как правило, только сжимающих усилий, а наиболее употребительные изоляционные материалы, например электроизоляционный картон, кабельная бумага, бумажно-бакелитовые изделия, текстолит, допускают сжимающие напряжения до 20-40 МПа, что практически оказывается совершенно достаточным, чтобы не произошло разрушение изоляции.
  К списку статей

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню