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.
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