§2.3. Изоляция силовых трансформаторов

В силовых трансформаторах изоляция состоит из ряда различных по конструкции элементов, работающих в неодинаковых условиях и имеющих разные характеристики. Воздушные промежутки между вводами и по их по­верхностям на землю составляют внешнюю изоляцию, а все изоляционные участки, расположенные внутри бака, - внутреннюю изоляцию трансформато­ра. В свою очередь внутренняя изоляция подразделяется на главную и продольную. К главной относится изоляция обмоток относительно земли и между разными обмотками. Это могут быть следующие участки: обмотка -магнитопровод или бак; обмотка НН - обмотка ВН; отвод - стенка бака; между отводами разных обмоток. К продольной относится изоляция между разными точками одной и той же обмотки: между витками, слоями, катушками.

Требования к электрической прочности отдельных элементов изоляции определяются специфическими особенностями переходного процесса в трансформаторе при воздействии на него импульсных напряжений.

При заземленной нейтрали трансформатора наибольшее импульсное напряжение на главной изоляции имеет место на расстоянии приблизительно 1/3 длины обмотки от начала и может на 15 - 20 % превышать воздействующее напряжение.

При изолированной нейтрали наибольшее импульсное напряжение воз­никает на конце обмотки и может превышать воздействующее напряжение на 50 - 80 %.

Если импульс имеет крутой фронт, то на продольной изоляции могут возникать напряжения, более, чем в 10 раз превышающие напряжения нор­мального режима. При пологих импульсах, например при внутренних перена­пряжениях, напряжения на продольной изоляции намного ниже. Наибольшие напряжения на продольной изоляции возникают при срезах, т.е. при пробое какого-либо промежутка, расположенного поблизости от трансформатора. Из-за наличия индуктивности соединительных проводов напряжение на транс­форматоре при срезе имеет колебательный характер, причем максимум на­пряжения в отрицательный полупериод может составить около 0,6 напряжения среза U_cp. Воздействие такого импульса на обмотку трансформатора приблизи­тельно эквивалентно воздействию полного импульса, равного 1,6U_cp.

В связи с этими особенностями поведения трансформатора при им­пульсных воздействиях необходимые габаритные размеры и конструкция продольной изоляции определяются грозовыми перенапряжениями. Для сни­жения напряжения на продольной изоляции при импульсных воздействиях применяют емкостные экраны и так называемые переплетенные обмотки, в которых витки соединяются друг с другом в определенной последовательно­сти. При этом соседние витки оказываются под существенно разными потен­циалами, и снижение импульсных напряжений достигается путем увеличения рабочего напряжения на продольной изоляции. Однако это позволяет не­сколько уменьшить габаритные размеры продольной изоляции.

Основные габаритные размеры главной изоляции трансформаторов до последнего времени также определялись грозовыми перенапряжениями. Одна­ко ситуация существенно изменилась в связи с широким внедрением в элек­трических системах номинальных напряжений 330 кВ и выше, для которых основное значение приобретают внутренние перенапряжения. Если перена пряжения этого вида удастся эффективно ограничить, на первый план высту­пит длительная электрическая прочность, которая, вероятно, станет опреде­ляющим фактором при выборе изоляционных расстояний в главной изоляции трансформаторов.

На конструкцию изоляции трансформаторов сильное влияние оказывает то обстоятельство, что в активных частях трансформатора, т. е. в меди обмо­ток и в магнитопроводе, при работе выделяется большое количество тепла. Это заставляет выполнять изоляцию так, чтобы можно было непрерывно ох­лаждать активные части.

Конструкция изоляции трансформаторов. В современных силовых трансформаторах в качестве главной используется преимущественно масло-барьерная изоляция. Продольная изоляция выполняется бумажно-масляной либо с помощью изолирования и покрытия витков и катушек обмотки.

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 проходных изоляторах, где электриче­ское поле в основном радиальное, это без труда достигается путем применения цилиндрических барьеров. В трансформаторах электрическое поле имеет сложную конфигурацию, поэтому приходится применять комбинацию барье­ров разной формы. Подробнее рассматривается в разделе 2.