2.5. Електроізоляційні матеріали

Кожний силовий трансформатор при оцінці його діелектричної міцності може бути представлений у вигляді трьох систем: системи частин, що знаходяться у ввімкненому трансформаторі під напругою; системи заземлених частин і системи ізоляції, що розділяє як перші дві системи, так і окремі частини, що знаходяться під напругою.

До системи частин, що знаходяться під напругою, відносяться усі струмопровідні металеві частини і деталі (обмотки, контакти перемикачів, відводи, прохідні шини, шпильки вводів та ін.), а також усі гальванічно з'єднані з ними деталі (захисні екрани, ємнісні кільця та ін.).

До системи заземлених частин відносяться: магнітна система з усіма металевими деталями, що служать для її кріплення, бак і система охолодження.

Ізоляція, що розділяє частини трансформатора, які знаходяться під напругою, і відокремлює їх від заземлених частин, виконується у вигляді конструкцій та деталей із твердих діелектриків – електроізоляційного картону, кабельного паперу, гетинаксу, лакотканин, дерева, текстоліту, паперово-бакелітових виробів, фарфору та інших матеріалів. Ізоляційні проміжки, що незаповнені твердим діелектриком, заповнюються трансформаторним маслом або атмосферним повітрям.

Ізоляція обмоток поділяється на головну ізоляцію – ізоляцію кожної обмотки від заземлених частин та інших обмоток, і поздовжню ізоляцію – між різними точками даної обмотки, тобто, між витками, шарами, котушками і елементами ємнісного захисту.

Класом напруги обмотки називають її тривало допустиму напругу. Клас напруги обмотки трансформатора співпадає з номінальною напругою електричної мережі, до якої під'єднується обмотка ВН. Кожному класу напруг трансформатора відповідають номінальні робочі напруги і випробна напруга. Так, для класу напруги 35 кВ номінальними напругами є 31,5; 35 і 38,5 кВ; найбільша випробна напруга дорівнює 85 кВ.

Ізоляція трансформатора повинна витримувати без пошкоджень електричні, теплові, механічні та фізико-хімічні навантаження, які на неї діють при експлуатації. Вартість ізоляції складає 15-20% вартості трансформатора. У правильно розрахованому і правильно експлуатованому трансформаторі ізоляція обмоток повинна служити не менше 25 років.

При виборі ізоляційних матеріалів для різних конструкцій ізоляції масляних трансформаторів і визначенні розмірів ізоляційних проміжків можна скористатися рекомендаціями, наведеними в табл.2.9, 2.10 [1; §4.3, 4.4].

Слід пам'ятати, що вибір ізоляційних проміжків визначає не тільки витрату ізоляційних матеріалів, але й також витрату активних і конструктивних матеріалів, а відтак габарити та граничну потужність.

Розглянемо конструкцію ізоляції для: головної ізоляції обмоток (ізоляція від заземлених частин та інших обмоток); поздовжньої ізоляції обмоток (ізоляція між витками, шарами та котушками); головної і поздовжньої ізоляції відводів.

Таблиця 2.9

Головна ізоляція. Мінімальні ізоляційні проміжки

Обмоток нн з урахуванням конструктивних вимог

Потужність трансформатора, кВА	UВИП для НН, кВ	НН від ярма l01, мм	НН від стержня, мм
			δ01	аЦ1	а01	lЦ1
25-250	5	15	Картон 2х0,5	-	4	-
400-630	5	Приймається таким, що дорівнює визначеному за випробною напругою обмотки ВН	теж	-	5	-
1000-2500	5		4	6	15	18
630-1600	18; 25 і 35		4	6	15	25
2500-6300	18; 25 і 35		4	8	17,5	25
630 і більше	45		5	10	20	30
630 і більше	55		5	13	23	45
Всі потужності	85		6	19	30	70

Таблиця 2.10

Головна ізоляція. Мінімальні ізоляційні проміжки

обмоток ВН з урахуванням конструктивних вимог

Потужність трансформатора, S, кВА	UВИП для ВН, кВ	ВН від ярма, мм		Між ВН і НН, мм		Виступ цилін-дра, мм	Між ВН і НН, мм
		l02	δШ	а12	δ12	lц2	а22	δ22
25-100	18; 25 і 35	20	-	9	2,5	10	8	-
160-630	18; 25 і 35	30	-	9	3	15	10	-
1000-6300	18; 25 і 35	50	-	20	4	20	18	-
630 і вище	45	50	2	20	4	20	18	2
630 і вище	55	50	2	20	5	30	20	3
160-630	85 (прим.1)	75	2	27	5	50	20	3
1000-6300	85 (прим.1)	75	2	27	5	50	30	3
10000 і вище	85	80	3	30	6	50	30	3

Примітка 1. Для циліндричної обмотки мінімальна ізоляційна відстань а₁₂=27 мм. Електростатичний екран з ізоляцією 3 мм

Рис. 2.30. Головна ізоляція обмоток ВН і НН

для випробної напруги до 85 кВ

Головна ізоляція обмоток. Переважно, вона визначається електричною міцністю при відповідній випробній напрузі, що визначається за табл. 2.11. На рис. 2.30 зображена конструкція головної ізоляції обмоток масляних трансформаторів класів напруг від 1 до 35 кВ (випробна напруга від 5 до 85 кВ).

Таблиця 2.11

Випробна напруга (50 Гц) для масляних

силових трансформаторів

Клас напруги, кВ	До 1 кВ	3	6	10	15	20	35	110
Найбільша робоча напруга, кВ	-	3,6	7,2	12,0	17,5	24	40,5	126
Випробна напруга, UВИП	5	18	25	35	45	55	85	200

Ізоляція між обмотками ВН і НН здійснюється жорсткими паперово-бакелітовими циліндрами або м'якими циліндрами, які намотують з електроізоляційного картону при складанні трансформатора. Розмір виступу циліндра над обмоткою (l_Ц1 і l_Ц2) забезпечує відсутність розряду по поверхні циліндра між обмотками або з обмотки на стержень. Ізоляція обмоток від ярма при випробній напрузі 85 кВ підсилюється шайбами і підкладками з електроізоляційного картону. Між обмотками ВН сусідніх стержнів встановлюється міжфазна перегородка з електроізоляційного картону.

Мінімально допустимі ізоляційні розміри наведені в табл. 2.9 і 2.10.

Поздовжня ізоляція. Ізоляція між витками забезпечується, здебільшого, власною ізоляцією обмоткового провода. Вибір ізоляції провода проводиться за табл. 2.12.

Таблиця 2.12

Вибір виткової ізоляції

Випробна напруга обмотки, кВ	Марка провода	Товщина ізоляції на дві сторони, мм	Призначення
5-24	ПСД, АПСД, ПСДК і АПСДК	Круглий провід 0,29-0,38 (0,30 і 0,40), прямокутний провід 0,27-0,48 (0,30 і 0,50)	Для сухих по-жежобезпечних трансформаторів
5-85	ПЭЛБО ПБ і АПБ	Круглий провід 0,17-0,21 (0,27-0,31) 0,30 (0,40)	Для масляних і сухих трансформаторів
	ПБ і АПБ	Прямокутний провід 0,45 (0,50)

Примітка 1. В дужках вказані розрахункові розміри з урахуванням допусків.

2. Провід марок ПБ, АПБ, ПБУ може мати ізоляцію більшої товщини

У табл. 2.13 наведені рекомендації для вибору міжшарової ізоляції в багатошарових циліндричних обмотках із круглого та прямокутного провідників.

У двошаровій циліндричній обмотці із прямокутного провідника в масляних трансформаторах при сумарній робочій напрузі двох шарів не більше 1 кВ достатньою міжшаровою ізоляцією є осьовий масляний канал шириною не менше 4 мм або прокладка із двох шарів електроізоляційного картону товщиною 0,5 мм.

При робочій напрузі двох шарів від 1 кВ до 6 кВ – масляний канал 6-8 мм і два шари картону по 1 мм.

Таблиця 2.13

Міжшарова ізоляція в багатошарових

циліндричних обмотках

Сумарна робоча напруга двох шарів обмотки, В	Число шарів кабельного паперу на товщину листів, мм	Виступ міжшарової ізоляції на торцях обмотки (на одну сторону), мм
До 1000	2х0,12	10
Від 1001 до 2000	3х0,12	16
Від 2001 до 3000	4х0,12	16
Від 3001 до 3500	5х0,12	16
Від 3501 до 4000	6х0,12	22
Від 4001 до 4500	7х0,12	22
Від 4501 до 5000	8х0,12	22
Від 5001 до 5500	9х0,12	22

Примітка. Дані таблиці наведені для трансформаторів потужністю до 630 кВА включно. Для потужності понад 1000 кВА міжшарову ізоляцію необхідно приймати за таблицею, але не менше 4х0,12 мм; виступ ізоляції не менше 20 мм

Рис. 2.31. Схема ємнісного захисту обмотки

Схема захисту від імпульсних перенапруг багатошарової циліндричної обмотки, намотаної із провідника круглого або прямокутного перерізів і класів напруг 6, 10 і 35 кВ потужністю до 80000 кВА, зображена на рис.2.31. Для класу напруг 35 кВ додатковий захист багатошарової циліндричної обмотки здійснюється шляхом використання незамкненого металевого циліндра, вкладеного під внутрішній шар обмотки і з'єднаного електрично з лінійним провідником. Екран з листа немагнітного металу товщиною 0,5 мм ізолюється від внутрішнього шару обмотки звичайною міжшаровою ізоляцією. В обмотках класів напруг 6 і 10 кВ екранування внутрішнього шару не використовується.

Ізоляція відводів трансформатора. Відводи, тобто провідники, що з'єднують обмотки трансформатора між собою, з прохідними ізоляторами (вводами), з перемикачами (а також самі перемикачі) розміщують у маслі між обмотками та стінкою бака або між ярмом і кришкою бака. Відводи повинні бути надійно ізольовані від заземлених і струмопровідних частин.

Таблиця 2.14

Мінімально допустимі ізоляційні проміжки від відводів до заземлених частин

Випробна напруга відводу, кВ	Товщина ізоляції на одну сторону, мм	Діаметр стержня, мм	Відстань від гладкої стінки бака, мм			Відстань від заземленої частини гострої форми, мм
			SІ	SK	S4	SІ	SK	S
До 25	0	<6	15	10	25	15	5	20
	0	>6	12	10	22	12	5	17
	2	-	10	10	20	10	5	15
35	0	<6	23	10	33	20	5	25
	0	>6	18	10	28	17	5	22
	2	-	10	10	20	12	5	17
45	0	<6	32	10	42	28	5	33
	0	>6	27	10	37	25	5	30
	2	-	15	10	25	18	5	23
55	0	<6	40	10	50	33	5	38
	0	>6	35	10	45	32	5	37
	2	-	22	10	32	25	5	30
85	2	-	40	10	50	45	5	50
	4	-	30	10	40	37	5	42
	6	-	25	10	35	35	5	40

Ізоляційний проміжок відводів внутрішньої обмотки НН від стінок бака і заземлених частин визначається за табл. 2.14, а від зовнішньої обмотки ВН – за табл. 2.15.

Таблиця 2.15

Мінімально допустимий ізоляційний проміжок