18.2. Конструкция изоляции трансформаторов.

В современных силовых трансформаторах в качестве главной используется преимущественно маслобарьерная изоляция. Продольная изоляция выполняется, как правило, бумажно-масляной. Маслобарьерная изоляция, как уже отмечалось ранее, обладает достаточно высокой кратковременной электрической прочностью и позволяет интенсивно охлаждать конструкцию за счет циркуляции масла. Для того чтобы барьеры были эффективными, они должны располагаться перпендикулярно силовым линиям электрического поля. В трансформаторах электрическое поле имеет сложную конфигурацию, поэтому приходится применять комбинацию барьеров разной формы.

В трансформаторах в основном применяют три типа барьеров, показанных на рис.18.1: цилиндрический барьер 1, плоскую шайбу 2 и угловую шайбу 3. Количество барьеров зависит от номинального напряжения. В качестве примера на рис. показан эскиз изоляции трансформатора 110 кВ.

Рис.18.1. Схема главной изоляции обмотки силового трансформатора: 1 - цилиндрический барьер; 2 – плоская шайба; 3 – угловая шайба; 4 – обмотка ВН; 5 – ярмо магнитопровода; А и В – главные изоляционные расстояния.

Рис.18.2 . Эскиз изоляции двухобмоточного трансформатора 110 кВ.

Обычно расстояние от обмотки высшего напряжения до ярма приблизительно в 2 раза больше, чем расстояние до сердечника трансформатора, несмотря на то, что к этим промежуткам приложены одинаковые напряжения. Это связано с неблагоприятной формой электрического поля на концах где напряженность имеет наибольшее значение. Поэтому при высоких номинальных напряжениях стремятся по возможности уменьшить напряжения на концах обмотки и разделения ее на две параллельные ветви. В этом случае концы обмотки соответствуют нейтрали трансформатора, напряжения на которой в системах с заземленной нейтралью всегда меньше фазного. Это обстоятельство позволяет изоляцию нейтрали рассчитывать на меньшее напряжение, что значительно облегчает ее конструирование и уменьшает общие габариты трансформатора.

В изоляции между слоями и между катушками роль покрытия играют собственная бумажная изоляция обмоточных проводов или дополнительно наложенные слои бумажных лент. Более высокой электрической прочностью по сравнению с маслобарьерной изоляцией обладает бумажно-масляная изоляция. В связи с этим в последние годы интенсивно изучается возможность использования бумажно-масляной изоляции в качестве главной изоляции трансформаторов, что позволило бы уменьшить габариты изоляции и трансформаторов в целом. Последнее обстоятельство имеет особо важное значение для наиболее мощных трансформаторов, габариты которых затрудняют их транспортировку. Основная трудность применения бумажно-масляной изоляции в силовых трансформаторах - охлаждение обмотки.

18.3. Испытание изоляции трансформаторов.

На заводе-изготовителе изоляция каждого трансформатора (автотрансформатора, шунтирующего реактора) подвергается всем видам испытаний, предусмотренных правилами и нормами. Испытывается внутренняя и внешняя изоляция полным и срезанным стандартными импульсами Серьезной проблемой при импульсных испытаниях трансформаторов является обнаружение повреждения продольной изоляции, которое обычно имеет характер небольших проколов, не оказывающих влияния на сопротивление обмотки.

Наиболее распространенными методами контроля являются осциллографирование тока в нейтрали трансформатора и сравнение полученных осциллограмм с типовыми, снятыми для исправного трансформатора данного типа. Междувитковые и междукатушечные замыкания приводят к изменению характера осциллограммы по которому часто удается не только установить факт повреждения, но и определить его место, что значительно облегчает отыскание места повреждения при последующим осмотре трансформатора.

Если изоляция нейтрали и линейного вывода трансформатора одинакова, то испытания внутренней изоляции напряжением промышленной частоты производятся от постороннего источника, причем оба конца испытуемой обмотки изолируются относительно земли и вся обмотка находится под одним и тем же напряжением. Если трансформатор имеет сниженный уровень изоляции нейтрали, то эти испытания проводятся индуктированным напряжением повышенной частоты, но не выше 400 Гц. На первичную обмотку транс­форматора подается напряжение такой амплитуды, чтобы за счет трансформации на испытуемой обмотке напряжение было равно испытательному. Нейтраль трансформатора при этом испытании заземляется или на нее подается напряжение той же частоты от постороннего источника. Повышенная частота выбирается потому, что на первичную обмотку при таких испытаниях приходится подавать напряжение, приблизительно равное двойному номинальному напряжению трансформатора, и при промышленной частоте индукция в сердечнике трансформатора, а следовательно, и ток намагничивания достигли бы недопустимо больших значений. При повышенной частоте индукция оказывается близкой к номинальной.

Кроме испытаний повышенным напряжением для каждого трансформатора измеряются tg , сопротивление изоляции и емкостные характеристики обмотки, причем полученные на заводе значения в эксплуатации используются в качестве характеристик исходного состояния изоляции. В по­следние годы на ведущих трансформаторных заводах проводятся измерения характеристик частичных разрядов.

Силовые трансформаторы большой мощности (обычно это трансформаторы с номинальным напряжением 110 кВ и выше) отправляются с завода потребителю без масла в баках, заполненных сухим воздухом, азотом или углекислым газом, который заменяется маслом после установки трансформатора на место. Перед первым включением трансформатора под напряжение проводятся следующие испытания:

- определяется пробивное напряжение масла при частоте 50 Гц в стандартном разряднике (расстояние между электродами 2,5 мм), наименьшие допустимые значения которого составляют 25 - 50 кВ. Нижний предел соответствует номинальным напряжениям 15 кВ и ниже, а верхний предел - номинальным напряжениям 330 кВ и выше;

- измеряются сопротивление изоляции при временах 60 и 15 с и коэффициент абсорбции К_абс, который должен быть не меньше 1,3;

- измеряются емкости С₂, С₅₀, С, С_г, причем при температуре 20 °С отношение емкостей С₂/С₅₀ должно быть не больше 1,1 - 1,3, а отношение С/ С_г - не больше 0,1;

- измеряется tg при различных температурах. Допустимые значения tg при различных температурах приведены в справочной литературе. Естественно, что помимо абсолютных значений tg интерес представляет их отличие от заводских данных, и при значительном увеличении tg можно предположить наличие чрезмерного увлажнения обмотки или другого дефекта.

Так как изоляция трансформатора представляет собой сложную систему, измерение ее характеристик целесообразно проводить не для всего трансформатора в целом, а для его отдельных элементов или «зон», под которыми понимают, например, изоляцию обмоток относительно бака, изоля­цию обмоток относительно магнитопровода, изоляцию между обмотками.

При определении характеристик отдельных зон изоляции все неиспользуемые обмотки обычно заземляют.

Во время профилактических испытаний изоляции трансформаторов в эксплуатации проводятся те же измерения, что и при первом включении трансформатора в работу. Однако в связи с тем, что во время эксплуатации трансформатора неминуемо некоторое увлажнение его изоляции, допустимые значения tg существенно увеличиваются, особенно при высоких температурах.

Испытания изоляции повышенным напряжением производятся в эксплуатации у обмоток 35 кВ и ниже. При этом значение испытательного напряжения снижается до 0,85 - 0,9 значения испытательного напряжения при заводских испытаниях.

Как уже указывалось выше, в последнее время большое внимание уделяется измерению интенсивности ЧР. Для изоляции трансформаторов такие измерения весьма полезны, так как ЧР является основной причиной электрического старения изоляции.