книги из ГПНТБ / Техника высоких напряжений учеб. пособие

проводу припаиваются концы проводов обмоток СН и ВН. Места при­ соединений проводов и отпаек от емкостных колец изолируются бу­ мажной лентой, которая проходит технологическую обработку вме­ сте со всей изоляцией трансформатора.

Ярмо

Обмотки ВН трансформаторов ПО кв и выше изготовляются из медного обмоточного провода прямоугольного сечения с толщиной изоляции от 0,95 до 4,4 мм на обе стороны провода. Часть обмотки, при­ мыкающая к линейному концу, имеет усиленную продольную изоля­ цию и образует входную зону. На рис. 15.30 приведен эскиз изоляции во входной зоне обмотки 220 кв с вводом в середину обмотки. Экра­ нирующие витки, расположенные против катушек входной зоны, уве-

420

лпчивают емкость между этими катушками и точкой входа в обмотку, что улучшает начальное распределение напряжения при грозовых пе­ ренапряжениях.

Главная изоляция трансформаторов и автотрансформаторов на напряжение ПО кв и выше выполняется либо маслобарьерного типа, либо бумажно-масляного. В СССР силовые трансформаторы делаются только с маслобарьерной изоляцией, которая проще в изготовлении и дешевле.

1 — обмотка СН\ 2 — обмотка ВН; 3 — емкостное кольцо СИ\ 4 — промежу­ точное кольцо с пазом, экранирующее отвод; 5 — емкостное кольцо ВН\ 6 — гибкий провод отвода; 7 — присоединение обмотки к отводу; 8 — бу.мажиая изоляция

Бумажно-масляная изоляция в силовых трансформаторах применя­ ется многими зарубежными фирмами. На рис. 15.31 приведена кон­ струкция такой изоляции, выполненной в виде сплошного массива. Основное достоинство бумажно-масляной изоляции по сравнению с маслобарьерной заключается в большей электрической прочности (примерно на 40-^60%), что дает возможность при том же напряжении значительно уменьшить изоляционные промежутки. Это достоинство полностью реализуется при сплошной изоляции. Если сделать в изо­ ляции каналы для охлаждения, то электрическая прочность всего промежутка определяется масляным каналом, а не бумагой. В послед­ нем случае изоляция, выполненная из кабельной бумаги, по существу является маслобарьерной, с той лишь разницей, что барьером служит цилиндр не из твердого электрокартона, а из мягкой кабельной бу­ маги. Смысл применения кабельной бумаги в такой конструкции состо­ ит, в частности, в том, что угловые шайбы здесь не требуются: их роль

430

ir> -4*

г

іо

ТОга О. и

о 2

н 5 то >»

S ю

ОС и кга Ä s

= 5

«

О

о О S

со22 о, Я

со О.

О

С в*

CS

С?

to *

о га

аs s

431

выполняет сама бумага, отбортованная под прямым углом к образую­ щей цилиндра. Кроме того, имеются определенные технологические преимущества в изготовлении обмотки вместе с изоляцией в виде от­ дельного блока.

г. Расчет изоляционных размеров трансформаторов с маслобарьернон изоляцией

При расчете изоляции трансформатора определяются следующие

2)ярмовое.изоляционное расстояние 5 Я(от торцов обмоток до прес­ сующих колец), число и расположение угловых шайб;

3)размеры продольной изоляции во входной зоне и в непрерывной части обмотки;

4)размеры изоляции отводов и размеры чисто масляных проме­

чаях, когда обмотка НН закрывается заземленным экраном, препят­ ствующим наведению в обмотке НН перенапряжений, обусловленных емкостными связями с обмоткой СН или ВН), определяется не столько электрической прочностью, сколько конструктивными и технологи­ ческими соображениями.

Для определения расстояний между обмотками ВН и СН и от об­ мотки НН или экрана до этих обмоток исходной величиной служат испытательные напряжения. При этом в зависимости от схемы соеди­ нения обмоток и их расположения расчетным может быть испытатель­ ное напряжение импульсное или одноминутное промышленной часто­ ты.

быть испытан приложением к линейному выводу импульсного напряжения полной

быть проведены только с помощью возбуждения испытуемого трансформатора со стороны обмотки НН. Так как возбуждение до примерно двойного фазного напря­ жения на частоте 50 гц неосуществимо из-за насыщения магнитопровода, испытания

= 325-110/220 я» 162 кв. Наибольшее напряжение на промежутке СН — ВН имеет место при этом у линейного конца обмотки ВН и ц ң .- с ц so гц, і лшк= 325— 162/2 = = 244 кв.

При импульсных испытаниях согласно ГОСТ 1,516—68 все выводы, кроме ли­ нейного вывода испытуемой обмотки, заземляются. При испытании обмотки ВН

,432

она может достигать примерно 20% от напряжения на линейном выводе А. Знак напряжения на обмотке СН в некоторые моменты времени будет противоположен

По методике, разработанной А. В. Пановым, расчет размеров изоляции производится следующим образом. Если определяющим для выбора размера изоляционного промежутка оказалось одноми­ нутное испытательное напряжение, то его величина принимается за расчетное напряжение £/расч. Если определяющим оказалось импуль­

стимая напряженность поля в масляном канале при переменном напря­ жении промышленной частоты длительностью 1 мин, а &1ІЗ= 1 ,2 учи­ тывает увеличение напряженности поля в масляном канале из-за нали­ чия барьеров и цилиндричности конструкции. Величина расчетной на­ пряженности поля £ д, н к. в этой формуле зависит от ширины м-асляного канала у обмотки 5 П. м. к. При Sn_м. к= 10 мм допустимая напряжен­ ность в середине 1-го масляного канала Ел м к = 70 кв/см (см. рис. 9.2). Затем определяется радиальное строение изоляции: количество, рас­ положение и толщина барьеров —цилиндров из электрокартона. Как правило, при решении этих вопросов большую роль играют сообра­ жения конструктивного и технологического характера. Количество цилиндров обычно выбирается равным пц Ä ; Е/расч/100, толщина ци­ линдра— от 4 до 6 мм.

Определив радиальное строение изоляции, можно найти напряжен­ ность в первом масляном канале по формуле (8.1). Эта формула, спра­ ведливая для цилиндрического многослойного конденсатора, не учи­ тывает влияния строения самой обмотки, не являющейся гладким ци­ линдром. Это обстоятельство учитывается при определении вели­

433

чины Ея_м. к, которая устанавливается экспериментально на моде­ лях с конфигурацией электрического поля, подобного полю в реальных трансформаторах.

Полученную по формуле (8.1) расчетную напряженность Ег следует

в 1,5-f-2 раза большим, чем расстояние между обмотками. Количество угловых шайб обычно вдвое меньше, чем количество цилиндрических барьеров между обмотками, а расположение угловых шайб также в большой мере связано с конструктивными соображениями. После того как размеры изоляции намечены, производится поверочный расчет, методика которого аналогична методике расчета изоляции в середине обмотки.

В основу расчета кладется картина электрического поля в рас­ сматриваемой области. Величину и направление напряженности можно определить либо графическим путем, либо при помощи моделирова­ ния на полупроводящей бумаге (см. рис. 8.3) или в электролитиче­ ской ванне. По картине поля выбирается силовая линия, участок которой между поверхностью изоляции емкостного кольца и первой

Эту величину можно выразить в процентах от потенциала емкостного кольца. По длине участка AB из рис. 8.3 находится допустимое значение средней напряженности Ед. ср. Произведение ІІла — Ея_СѴ1АП дает допустимую разность потенциалов на участие AB. Если вели­ чина Uда окажется меньше, чем падение напряжения на этом уча­ стке при расчетном воздействии напряжения, то можно или увели­ чить общее ярмовое расстояние, или приблизить угловую шайбу (уменьшить длину 1АВ), или изменить конфигурацию емкостного кольца с целью уменьшения степени неравномерности поля.

выражено в долях от напряжения емкостного кольца. За расчетную принимается силовая линия, у которой напряжение Uд. воэд окажется наименьшим, так как она является линией наибольшего падения напряжения.

3. Р а з м е р ы п р о д о л ь н о й и з о л я ц и и в большинстве слу­ чаев задаются импульсными воздействиями. Аксиальный масляный канал между двумя соседними катушками называется закрытым в том месте, где он шунтирован переходом провода из катушки в катушку,

434

и соответственно открытым в том месте, где перехода нет. Переменной напряжение (рабочее и испытательное) на закрытом масляном канале равно нулю, а на открытом канале — удвоенному напряжению одное катушки независимо от номера катушки (от расстояния катушки до начала обмотки). Импульсное напряжение, воздействующее на обмот­ ку как при испытаниях, так и в эксплуатации (грозовые перенапряже­ ния и некоторые виды внутренних перенапряжений), распределяется по обмотке неравномерно. Напряжение, приходящееся на открытый канал, как правило, наибольшее во входной зоне обмотки у линейного конца. В некоторых случаях, например у переплетенных обмоток, возможно появление наибольших напряжений не у открытого края,

помощи вычислительных машин, либо при помощи обмеров на модели обмотки. Форма импульса напряжения, воздействующего на акси­ альный канал, существенным образом отличается от формы импульса, приложенного к линейному зажиму. Для исследования прочности про­ дольной изоляции обычно применяются апериодические импульсы с длиной волны от 3 до 20 мксек.

Полученные расчетным путем или обмером импульсные напряжения на открытых каналах служат основанием для выбора размеров изоля­ ции между катушками. Эта изоляция (см. рис. 9.6) состоит из последо­ вательно включенных бумажной изоляции самого провода, бумажной катушечной изоляции, покрывающей всю катушку, аксиального ма­ сляного канала между катушками и картонного барьера, расположен­ ного посередине аксиального масляного канала. Катушечная изоля­ ция, а также барьеры применяются только в тех случаях, когда на­ пряжение на канал оказывается большим, чем электрическая проч­ ность масляного промежутка (с учетом изоляции провода).

Расчет размеров канала и толщины твердой изоляции произво­ дится на основе зависимости Дд. м. к от ширины канала, приведенной на рис. 9.2. Импульсные напряжения приводятся к переменному на­ пряжению через коэффициент импульса, который в этом случае (более короткая волна) может быть принят равным kn = 2,2 (см. § 9.2 в):

Драсч= СУн/2,2 .)/2.

Затем определяется напряженность в масле в аксиальном канале:

Uрасч

расч

это достигается применением изоляции толщиной 1 мм на 30 -т- 40 т импульсного напряжения.

Для определения необходимой величины витковой изоляции рас­ считывается (или находится обмером) наибольшее напряжение, воз-

435.

пикающее между двумя соседними витками. Затем по кривым, приве­ денным на рис. 9.7, находится необходимая толщина изоляции.

4. Р а з м е р ы и з о л я ц и и о т в о д о в (рис. 15.32) определяются по формулам для цилиндрического конденсатора, причем стенка бака, мимо которой проходит отвод, считается

исоответственно напряженность в бумаге

уповерхности жилы отвода

испытательное напряжение 50 гц. Импульсное напряжение должно быть

Для бумаги, покрывающей отвод, расчетным 1/рлсч2 является рабочее напряжение. При обычно применяемых размерах отвода и его изоляции поле в бумаге можно считать слабонеравномерным, и допус­ каемая напряженность практически не зависит ни от толщины изоля­ ции, ни от радиуса жилы. На основе характеристик частичных разря­ дов с учетом неплотности намотки Принимают допустимую напря­ женность £,д.раб=£б:^35 -кв/см.

Масляные промежутки от неизолированных токоведущих частей до заземленных деталей определяются по кривым зависимости пробив­ ных напряжений масла от расстояния с учетом запаса на статистиче­ ский разброс. Следует отметить, что в современных конструкциях крупных трансформаторов масляные промежутки без твердой изоляции на стороне ВН и СН практически отсутствуют.

$ 15.6. ИЗОЛЯЦИЯ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

а.Общие сведения

Всиловых кабелях высокого напряжения наиболее широко-приме­ няется бумажная изоляция с пропиткой маслоканифольным компаун­ дом или минеральным (кабельным) маслом. Маслоканифольный ком-

436

тіаунд применяется обычно в кабелях до 35 кв включительно. Это уп­ рощает конструкцию кабельных линий, так как добавление канифоли в минеральное масло приводит к существенному увеличению вязкости пропитывающего состава, благодаря чему пропиточная масса не вы­ текает через концевые разделки кабеля. Кроме того, присутствие ка­ нифоли увеличивает стойкость масла против окисления. Процентное содержание канифоли в компаунде зависит от сорта минерального масла, лежит обычно в пределах 15-^30 % и выбирается из учета обе­ спечения требуемой вязкости и минимума tg б изоляции в области ра­ бочих температур.

Однако в изоляции кабелей с вязкой пропиткой в процессе эк­ сплуатации возможно образование пустот вследствие неизбежных мно­ гократных циклов нагрева и охлаждения («теплового дыхания»). При нагреве наиболее сильно расширяется маслоканифольный ком­ паунд, имеющий удельный коэффициент объемного расширения, рав­ ный 8 - 10“ 1 1/°С. Нагрев приводит к распиранию свинцовой оболочки, обладающей значительно меньшим коэффициентом объемного расши­ рения (9-ІО“ 5 1/°С). При.последующем остывании кабеля вследствие большой остаточной деформации свинцовой оболочки в толще изоля­ ции образуются места с пониженным содержанием пропитывающего состава. Так как охлаждение кабеля идет от оболочки к жиле, то у последней, т. е. в местах с наибольшей напряженностью электрического поля, могут образоваться пустоты. Это существенно ограничивает до­ пустимую рабочую напряженность в изоляции с маслоканифольным компаундом. Поэтому в кабелях с номинальным напряжением ПО кв

ивыше применяется бумажная изоляция с пропиткой жидким маслом

иосуществляется ряд дополнительных мероприятий, препятствующих

возникновению пустот в изоляции.

Изоляция кабелей выполняется из лент кабельной бумаги толщи­ ной от 14 до 120 мкм. Более тонкая бумага применяется в кабелях выс­ ших классов напряжения. Ширина лент колеблется от 10 до 35 мм. Ленты в слое накладываются с зазором 1,5э-3,5 мм, что обеспечивает необходимую гибкость изоляции. Каждый последующий слой накла­ дывается со сдвигом на 1/3 ширины ленты. Так как масляные каналы в зазорах между лентами являются слабым местом изоляции, то при намотке необходимо обеспечить практическое отсутствие совпадения зазоров в двух соседних слоях..б

б. Кабели с вязкой пропиткой '

Кабели с вязкой пропиткой до напряжения 10 кв включительно чаще всего выполняются с поясной изоляцией и секторными жилами. На рис. 15.33, а приведена конструкция кабеля на напряжение 10 кв. Секторная форма жилы обеспечивает более полное использование объе­ ма под свинцовой оболочкой, а поясная изоляция увеличивает изо­ ляцию относительно оболочки без увеличения изоляции между жилами. •Для увеличения механической прочности поверх свинцовой оболочки накладывается броня из двух стальных лент, наматываемых в проти­ воположные стороны и защищенных от коррозии битумным покровом.

437

В изоляции трехжильного кабеля с секторными жилами создается неравномерное электрическое поле с большой тангенциальной состав­ ляющей, что облегчает развитие пробоя в масляных зазорах между лен­ тами. Наибольшие рабочие напряженности в таких кабелях не пре­ вышают 32 кв/см.

При напряжениях 20 и 35 кв применяются кабели с отдельно ос­ винцованными или экранированными жилами (рис. 15.33, б), в которых обеспечивается наличие только радиальных напряженностей электри-

Рнс. 15.33. Трехжильные кабели с вязкой пропиткой:

а — с поясной изоляцией н секторными жилами на 10 кв\ 6 — с отдельно освинцован­

ческого поля. В этих кабелях величина максимальной рабочей на­ пряженности принимается до 42 кв/см.

Вкабелях с вязкой пропиткой, работающих при постоянном на­ пряжении, благодаря значительно меньшей интенсивности частичных разрядов и разгрузке наиболее слабого места изоляции — масляной пленки — могут быть допущены значительно большие рабочие на­ пряженности — до 250^-300 кв/см. При этом кабели могут быть ис­ пользованы для напряжения до 200 кв. Для вертикальной прокладки применяются кабели с обедненно-пропитанной изоляцией. В этих ка­ белях в процессе их изготовления изоляция подвергается дополни­ тельному нагреву, в течение которого из кабеля вытекает около 70% пропиточной массы. В таких кабелях применяется повышенная приб­ лизительно на 40% толщина изоляции.

в.Маслонаполненные кабели

Вмаслонаполненных кабелях изоляция пропитывается минераль­ ным маслом, имеющим значительно меньшую вязкость, чем масло­ канифольный компаунд. Возможность перемещения масла вдоль ка­ беля при нагревании и охлаждении обеспечивает компенсацию теп­ ловых расширений и поддержание требуемого давления в кабеле при

438