ІПЕМтаТ_Коцур / ЛЕКЦ3 Изоляция

Рис. 10. Изоляционные расстояние и структура главной изоляции обмоток с ростом класса напряжения

Из сравнения следует, что при увеличении изоляционного промежутка для класса напряжения 500 кВ происходит одновременно значительное усложнение конструкции изоляции, связанное с комбинацией барьеров в виде цилиндров и угловых шайб.

Главную изоляцию обмотки с полной изоляцией нейтрального конца (т. е. такой же, как линейного конца) выбирают соответственно значению испытательного напряжения переменного тока.

Если класс напряжения нейтрального конца обмотки более низкий, чем линейного конца,, главная изоляция может выполняться ступенчатой. В этом случае возможно уменьшение изоляционного промежутка от данной обмотки по мере удаления от линейного конца.

Продольная изоляция может определяться как электрической прочностью при рабочей частоте, так и прочностью при импульсах. Изоляция между витками, как правило, обеспечивается изоляцией обмоточного провода. Дополнительная изоляция может применяться на входных катушках (у линейного конца) фазных обмоток.

Примеры изоляционных конструкций. Конкретные рекомендации для выбора изоляционных расстояний главной изоляции обмоток даны в табл. 1 и 2. Следует отметить, что изоляционные промежутки соответствуют вполне определенным изоляционным конструкциям (рис. 11).

Таблица 1Главная изоляция. Минимальные изоляционные расстояния обмоток НН с учетом конструктивных требований

* Для винтовой обмотки с испытательным напряжением Uисп = 5 кВ размеры взяты из следующей строки для мощностей 1000 – 2500 кВ*А.

Рассмотрим некоторые изоляционные конструкции.

На рис. 4.26 представлена конструкция главной изоляции обмоток масляного трансформатора класса напряжения 35 кВ мощностью 1600 кВ*А. Изоляция между обмотками ВН и НН осуществляется жесткими бумажнобакелитовыми цилиндрами или мягкими цилиндрами, намотанными при сборке трансформатора из электроизоляционного картона. Цилиндр располагают либо вплотную к обмотке ВН, что возможно, если эта обмотка многослойная цилиндрическая, либо в промежутке между обмотками, когда обмотка ВН непрерывная, как на рассматриваемом рисунке.

Таблица 2.Главная изоляция.Минимальные изоляционные расстояния обмоток ВН с учетом конструктивных требований

Рис. 11. Строение главной изоляции для испытательных напряжений от 5 до 85 кВ

Чтобы цилиндр в полной мере использовался для предотвращения разрядов с края обмотки (штриховые линии на рис. 11), необходимо обеспечить определенный выступ цилиндра за торец обмотки. Изоляция обмотки от ярма усилена шайбами и прокладками из электрокартона. Между .обмотками ВН соседних стержней устанавливается междуфазная перегородка, представляющая собой лист электрокартона (поз. 9 на рис. 12).

В разработанных сериях трансформаторов класса напряжения 110 кВ главная изоляция выполнена в двух вариантах. В двухобмоточных трансформаторах, регулируемых под нагрузкой (РПН) при нерасщепленной обмотке НН, линейный конец обмотки ВН подведен к верхней части, а нижний конец обмотки присоединен к нейтрали. Изоляция обмотки ВН от верхнего ярма определяется по испытательному напряжению 200 кВ, от нижнего ярма — по испытательному напряжению 100 кВ. Конструкция главной изоляции показана на рис. 10.

Рис. 12. Строение обмоток и изоляции трансформатора класса напряжения 35 кВ; мощность

1600 кВ-А:

1, 2 — деревянные стержни; 3 — магнитопровод; 4 —деревянная планка; 5 — бумажнобакелитовый цилиндр обмотки НН; 6 — обмотка НН; 7 — бумажно-бакелитовый цилиндр обмотки ВН; 8 — обмотка ВН; 9 —межфазная перегородка; 10 — изоляционный щит; опорные кольца обмотки ВН; 12 — ярмовая изоляция; 13 — рейка; 14 —опорные кольца обмотки НН; 16

— рейка; 16 — прокладка обмотки ЭН; 17 — шайба из электрокартона; 18 — вертикальная стальная шпилька, изолированная бумажно-бакелитовой трубкой; 19 — ярмовая балка; 20 — планка уравнительной изоляции; 21, 22 — изолированный отвод обмотки

Регулировочная обмотка, разделенная на две части (грубого и тонкого регулирования), размещена снаружи основной обмотки двумя концентрами. Изоляция основной части обмотки ВН от регулировочной аналогична изоляции

между обмотками ВН и НН. Между обмотками тонкого регулирования (РОТОНК) соседних фаз установлена перегородка из электроизоляционного картона.

Вдвухобмоточных трансформаторах с расщепленной обмоткой НН обмотка ВН разделена на две части, соединяемые параллельно. Линейный конец подводится к середине высоты обмотки. Конструкция главной изоляции показана на рис. 13.

На рис. 14 показана конструкция главной изоляции обмоток электропечного трансформатора, для которого выше была рассмотрена картина электрического поля. Изоляция основной части обмотки ВН от обмоток НН и регулировочной осуществляется цилиндрами и масляными каналами, в торцевой зоне — цилиндрами и угловыми шайбами.

Рассмотрим конструкцию продольной изоляции (изоляцию между витками, слоями витков и катушками). Эта изоляция может определяться как электрической прочностью при частоте 50 Гц, так и прочностью при импульсах.

При выборе витковой изоляции необходимо учитывать конструктивное исполнение обмоток и способ защиты обмоток от импульсных перенапряжений. В многослойных цилиндрических обмотках распределение перенапряжения при импульсных воздействиях близко к линейному. Обмотки этого типа, наматываемые из круглого и прямоугольного провода, широко применяются для трансформаторов классов напряжения 6—35 кВ мощностью до 80000 кВ-А. При классах напряжения выше 35 кВ осуществляется дополнительная защита обмотки установкой экрана.

Внепрерывных обмотках при классе напряжения 110 кВ и выше схема емкостной защиты может включать в себя емкостные кольца и экранирующие витки, обеспечивающие благоприятное начальное распределение напряжения.

Применение переплетенных катушечных обмоток в сочетании с емкостными кольцами позволяет получить почти линейное распределение начального напряжения.

На рис. 4.29 показаны начальные распределения потенциалов в обмотках ВН трансформаторов классов напряжения 35—110 кВ. Как видно из рисунка, наибольшую крутизну имеет начальное распределение в непрерывной обмотке без емкостного кольца, наименьшую — в переплетенной обмотке.

Для защиты входных катушек и витков от пробоя при перенапряжениях их изоляция усиливается по сравнению с изоляцией остальных катушек (витков) обмотки.

Вкачестве усиленной изоляции используется увеличенная изоляция между слоями, изоляция целых катушек кабельной бумагой.

Вобмотках классов напряжения 6, 10, 15 кВ вполне достаточна собственная изоляция витков, поэтому усиленная изоляция не применяется.

Внепрерывных катушечных обмотках классов напряжения 20 и 35 кВ усиленная изоляция выполняется только на входных катушках. В частности, при классе 35 кВ усиленными выполняются по две катушки у начала и конца обмотки.

Рис. 13. Главная изоляция обмотки ВН класса напряжения 110 кВ с вводом линейного конца в середину высоты обмотки:

1 — прессующее кольцо (древеснослоистое); 2 —бумажно-бакелитовый цилиндр; 3 — цилиндр из электроизоляционного картона

В обмотках более высоких классов напряжения изоляция входных катушек зависит от расположения катушки относительно линейного конца. Для обмотки 110 кВ с вводом линейного конца в верхнюю часть обмотки (см. рис. 9) первая катушка имеет дополнительную изоляцию 4 мм на сторону, вторая — 3,5 мм, третья и четвертая — по 2,0 мм на сторону.

Рис. 14 Главная изоляция трансформатора на напряжение 110 кВ:

1 — прессующее кольцо; 2 — ярмовая изоляция; 3 — угловые шайбы; 4— клинья; 5 — рейки; 6 — цилиндры

Рис. 15. Начальное распределение напряжений в обмотках ВН: 1 — непрерывная; 2 — непрерывная с емкостным кольцом;

3 — переплетенная

Для обеспечения наиболее благоприятного начального распределения напряжения по обмотке ширина межкатушечных каналов может изменяться в зависимости от положения катушки (градация каналов).

Межкатушечная изоляция, осуществляемая радиальными масляными каналами, образуется наборами дистанционных прокладок из электрокартона (рис. 16, в), а также простыми или угловыми шайбами (рис. 16, а, б).

Изоляция отводов. Отводы, т. е. проводники, соединяющие отдельные части обмотки между собой и с проходными изоляторами (вводами), а также с переключателями, обычно находятся в масле, в пространстве между обмоткой и

стенкой бака или между ярмом и крышкой бака. Отводы и переключатели каждой обмотки должны быть надежно изолированы от бака, заземленных частей, крепящих остов, а также от частей, находящихся под напряжением. Для изоляции отводов используется лакоткань, крепированная бумага и в ряде случаев бумажнобакелитовые трубки. Изолированные отводы крепятся на активной части с помощью деревянной рамной конструкции (рис. 17).

Рис. 16. Межкатушечная изоляция

Рис. 17. Конструктивная схема отводов ВН трансформатора мощностью 1600 кВ*А (ПБВ):

а —схема; б —вырезы в планках; в —крепление отводов; 1 — планка; 2 —бумажно-бакелитовая трубка; 3, 5 — компенсаторы; 4 — отвод обмотки; 6 — переключатель; 7, 10 — планки деревянные; 11 — болт; 12 — шайба; 13 —гайка; 14 — дополнительная изоляция из электрокартона

Внешняя изоляция. Вводы представляют собой фарфоровые проходные изоляторы, через внутреннюю полость которых проходит токоведущий стержень. Внутри бака ввод связан отводом с обмоткой, снаружи — подключен к электрической сети.

Воздушную изоляцию ввода образует промежуток между токоведущими частями на верхнем торце изолятора и заземленным фланцем. Напряжение, выдерживаемое внешней (воздушной) изоляцией ввода при частоте 50 Гц в сухом состоянии и при импульсах, определяется расстоянием от токоведущей части до фланца, степенью неоднородности электрического поля в осевом направлении и устройством наружной поверхности изолятора.

Внешняя конфигурация и размеры вводов зависят от класса напряжения, рода установки трансформатора и силы тока. Вводы для наружной установки должны иметь зонтообразные ребра (юбки) с тем, чтобы при дожде часть поверхности фарфора оставалась не смоченной водой. Нижней поверхности зонтообразного ребра придается такая форма, при которой капли воды не могут на ней удерживаться (рис. 18). При такой конструкции увеличиваются путь поверхностного разряда и электрическая прочность ввода.

Вводы на напряжение 110 кВ и выше подразделяют на маслобарьерные и бумажно-масляные. В маслобарьерных вводах основная изоляция — трансформаторное масло, разделенное на слои бумажно-бакелитовыми цилиндрами с уравнительными обкладками из алюминевой фольги. В бумажномасляных вводах основная изоляция — кабельная бумага, плотно намотанная на медную (или латунную) трубу. Бумага пропитана трансформаторным маслом и разделена на слои уравнительными обкладками из фольги. Обкладки предназначены для выравнивания электрического поля. Вводы заполняются дегазированным трансформаторным маслом, изолированным от масла бака и атмосферного воздуха (герметизированные вводы) (рис. 19).

Рис. 18. Съемные вводы:

а — на ток 400 А и напряжение 1 кВ: 1 — медная шпилька; 2 — гайка; 3 — шайба; 4 — латунный колпак; 5 — резиновое кольцо; 6 и 10 — фарфоровые изоляторы; 7 — резиновая прокладка; 8 — крышка бака; 9, 11 — электрокартонные шайбы; 12 — латунная втулка;

б — на ток 3000 А и напряжение 6 —10 кВ; 1 — медный башмак; 2, 3 — болты; 4 — гайка; 5 — втулка; 6 — резиновое кольцо; 7—колпак; 5 — винт; 9 — резиновое уплотнение; 10 — выступ стержня; 11, 19 — шайба электрокартонная; 12 — бортик стержня; 13 — изолятор; 14 — стержень; 15 — шпилька; 16 — гайка; 17 — фланец; 18 — прижимный кулачок; 20 — крышка бака; 21 — втулка гетинаксовая; 22 — шайба; 23 — гайка;

в — на ток 250 А и напряжение 35 кВ; 25 — установочный фланец; 26 — бумажно-бакелитовая трубка