Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3217_EI

.pdf
Скачиваний:
67
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
2.69 Mб
Скачать

при кратковременном напряжении, превышающем номинальное до 15 и 30 %. В электрической системе, в которой работает трансформатор, вследствие нормальных коммутационных процессов (включение и выключение больших мощностей и т. д.) или процессов аварийного характера (короткие замыкания, обрыв линий и т. д.) возникают кратковременные перенапряжения, достигающие в отдельных случаях значений, близких к четырехкратному фазному напряжению. Длительность этих перенапряжений измеряется сотыми долями секунды и, как правило, не превышает 0,1 с. Нормальное рабочее напряжение и перенапряжение коммутационного характера воздействуют в основном на главную изоляцию обмотки.

В воздушной сети за счет грозовых атмосферных разрядов могут возникать импульсные волны перенапряжений, которые воздействуют на изоляцию трансформатора. Атмосферные перенапряжения могут достигать 10-кратного фазного напряжения при длительности, измеряемой микросекундами. Воздействие атмосферных грозовых перенапряжений сказывается, главным образом, на продольной изоляции обмоток трансформатора, в частности на изоляции между витками, между слоями витков и между отдельными катушками обмотки. При перенапряжении из-за недостаточной электрической прочности изоляции может произойти электрический разряд или даже пробой.

Для упрощения расчета и стандартизации требований, предъявляемых к электрической прочности изоляции готового трансформатора, электрический расчет изоляции производится так, чтобы она могла выдержать приемосдаточные и типовые испытания, предусмотренные соответствующими нормами. Нормы испытаний составлены с учетом возможных в практике значений, длительности и характера электрических воздействий, содержат необходимые запасы прочности и закреплены в ГОСТ. Нормы периодически пересматриваются в соответствии с уточнением технических требований, предъявляемых к трансформаторам, развитием их производства и улучшением условий эксплуатации. Эти нормы являются строго обязательными для всех предприятий, выпускающих трансформаторы.

Для проверки электрической прочности изоляции масляных трансформаторов обычной конструкции, т. е. не имеющих ступенчатой изоляции по отношению к земле, установлены следующие приемосдаточные испытания каждого выпускаемого из производства трансформатора классов напряжения до 35 кВ включительно [12]:

1.Испытанию подвергается изоляция каждой из обмоток, электрически не связанной

сдругими обмотками. Испытательное напряжение от постороннего источника прикладывается между испытываемой обмоткой, замкнутой накоротко, и заземленным баком, с которым соединяется магнитная система и замкнутые накоротко все прочие обмотки испытываемого трансформатора. Длительность приложения испытательного напряжения 1 мин. Значения испытательных напряжений для масляных трансформаторов при нормальных ат-

31

мосферных условиях приведены [7, табл. 4.1]. При этом испытании все части обмотки имеют один и тот же потенциал, и проверяется главная изоляция испытываемой обмотки, ее отводов, вводов и переключателей.

2. После испытания напряжением, приложенным от другого источника, изоляция обмоток испытывается напряжением, наведенным в самом испытываемом трансформаторе в результате приложения к одной из обмоток (между ее вводами) двойного номинального напряжения повышенной частоты. Длительность приложения этого испытательного напряжения для силовых трансформаторов 1 мин. При этом испытании в каждом витке, каждой катушке и обмотке наводится двойная ЭДС, и проверяется продольная изоляция всех обмоток, отводов, вводов и переключателей.

Трансформаторы классов напряжения 110 кВ, нейтраль обмотки которых при работе в сети нормально заземлена, испытываются напряжением, приложенным от постороннего источника между испытываемой обмоткой и заземленными частями в течение 1 мин в размере испытательного напряжения нейтрали, т. е. 100 кВ при классе напряжения обмотки 110 кВ. Эти трансформаторы испытываются также напряжением, индуктированным в самом трансформаторе, в размере испытательного напряжения по [7, табл. 4.1] при частоте 100÷400 Гц. Длительность испытания при частоте 100 Гц 1 мин. При более высокой частоте длительность сокращается.

Кроме приемосдаточных испытаний электрической изоляции, которым подвергается каждый трансформатор, выпускаемый заводом, каждый новый тип трансформатора подвергается типовым испытаниям по более широкой программе, включающей испытания грозовыми, а при классах напряжения 330 кВ и выше также и коммутационными импульсами [7, табл. 4.3].

Электрическая прочность изоляции трансформатора обеспечивается прежде всего правильным учетом тех электрических воздействий, которые эта изоляция испытывает в эксплуатации, и правильным выбором норм, т. е. испытательных напряжений и методов воздействия на изоляцию при приемосдаточных и типовых испытаниях трансформаторов. Именно условиями электрической прочности определяется выбор принципиальной конструкции изоляции и форм ее деталей.

Обмотки и все токоведущие части трансформатора при его работе нагреваются от возникающих в них потерь. Как длительное, так и кратковременное (аварийное) воздействие высоких температур на изоляцию обмоток вызывает старение изоляции, которая постепенно теряет свою эластичность, становится хрупкой, снижает электрическую прочность и разрушается. В правильно рассчитанном и правильно эксплуатируемом трансформаторе изоляция обмоток должна служить 25 лет и более.

32

Необходимая нагревостойкость изоляции, гарантирующая длительную безаварийную работу трансформатора, достигается ограничением допустимой температуры его обмоток и масла, применением изоляционных материалов соответствующего класса, выдерживающих длительное воздействие допустимой температуры, и рациональной конструкцией обмоток и изоляционных деталей, обеспечивающей их нормальное охлаждение.

При прохождении электрического тока по обмоткам и другим токоведущим частям между ними возникают механические силы. В аварийном случае короткого замыкания трансформатора механические силы, достигая значений тем больших, чем больше мощность трансформатора, могут вызвать разрушающие напряжения в междукатушечной или опорной изоляции обмоток.

Выбор изоляционных материалов производится с учетом их изоляционных свойств, механической прочности и химической стойкости по отношению к трансформаторному маслу. Материал не должен входить в химические реакции с маслом при температуре до 105÷110 °С и не должен содействовать химическим и физическим изменениям масла в качестве катализатора. Материалы, применяемые в масляных трансформаторах (например, электроизоляционный картон, бумага разных сортов, фарфор, хлопчатобумажная лента) не вступают в химическое воздействие с маслом, не разрушаются сами и не способствуют химическому разложению и загрязнению масла.

Изоляционные материалы, имеющие в том или ином виде смолы, лаки и эмали, например эмалевая изоляция провода, бумажно-бакелитовые изделия, лакоткани, текстолит, должны содержать смолы, лаки и эмали, нерастворимые в трансформаторном масле.

В обычно применяемых конструкциях трансформаторов изоляция подвергается воздействию, как правило, только сжимающих усилий, а наиболее употребительные изоляционные материалы (например, электроизоляционный картон, кабельная бумага, бумажнобакелитовые изделия, текстолит) допускают сжимающие напряжения до 20÷40 МПа, что практически оказывается совершенно достаточным.

При выборе изоляционных материалов для той или иной конструкции изоляции масляного трансформатора и установлении размеров изоляционных промежутков можно пользоваться рекомендациями, приведенными в [7]. При этом в масляном трансформаторе можно использовать материалы класса нагревостойкости А, допускающего температуру до 105 °С. Неправильный выбор изоляционных промежутков, материалов и размеров изоляционных конструкций может привести к разрушению трансформатора, если эти промежутки малы, или к чрезмерному расходу изоляционных и других материалов и увеличению стоимости трансформатора, если промежутки велики.

Выбор изоляционных промежутков определяет в известной мере не только расход активных, изоляционных и конструктивных материалов, но также массу, габариты, а

33

следовательно, и предельную мощность трансформатора, который можно изготовить на заводе и доставить по железной дороге к месту установки. Уменьшение изоляционных промежутков, обеспечивающее экономию материалов и увеличение предельной мощности выпускаемых заводами трансформаторов, при достаточной электрической прочности изоляции достигается различными мерами. К этим мерам относятся прежде всего: применение рациональных конструкций обмоток и их изоляции; улучшение защиты трансформаторов в сетях от атмосферных и коммутационных перенапряжений путем установки разрядников с лучшими разрядными характеристиками; улучшение качества изоляционных материалов, а также технологии обработки изоляции и повышение общей культуры производства.

Решающее значение в обеспечении электрической прочности изоляции имеет технология ее обработки. Одной из важнейших технологических операций обработки изоляции является вакуумная сушка активной части трансформатора после ее сборки и перед установкой в баке и заливкой маслом. Эта операция проводится для удаления влаги и газов из изоляции трансформатора для увеличения ее электрической прочности и уменьшения диэлектрических потерь, стабилизации размеров изоляционных деталей и увеличения электродинамической стойкости трансформатора при коротком замыкании, повышения надежности и увеличения срока службы трансформатора.

Основная работа по совершенствованию процесса сушки ведется в направлении некоторого уменьшения температуры сушки и существенного снижения остаточного давления в сушильных камерах. Считается, что остаточное давление в камере во время сушки трансформатора не должно быть выше 650 Па (5 мм рт. ст.) при классе напряжения 10 кВ; 130 Па (1 мм рт. ст.) при 35÷150 кВ. Немаловажное значение для электрической прочности трансформатора имеет заливка его после сушки хорошо просушенным и дегазированным маслом.

Трансформаторы классов напряжения до 35 кВ включительно заливаются маслом при окончательной сборке без вакуумирования бака. Трансформаторы классов напряжения 110 кВ и выше при окончательной сборке заливаются просушенным, дегазированным и подогретым маслом надлежащей марки под вакуумом. Распространение этого способа заливки на трансформаторы класса напряжения 35 кВ может позволить перейти на облегченную изоляцию.

Примером технологической операции, увеличивающей механическую прочность изоляционного материала, может служить предварительная, до изготовления деталей, опрессовка и уплотнение электроизоляционного картона.

Достаточная электрическая прочность изоляции трансформатора зависит также от уровня культуры производства соблюдения технологической дисциплины, надлежащей

34

чистоты в цехах и т. д. Заготовку и хранение изоляции, а также сборку активной части трансформаторов рекомендуется производить в помещениях с регулируемым микроклиматом при поддержании определенного уровня температуры, влажности, при ограниченной запыленности воздуха и т. д.

Трансформаторное масло, соприкасаясь в горячем состоянии с воздухом, в большей степени подвергается химическим воздействиям и увлажнениям, чем твердая изоляция трансформатора. Поэтому при эксплуатации трансформаторов практикуются систематическая очистка, сушка и смена масла, а также принимаются меры, направленные на уменьшение поверхности соприкосновения масла с воздухом, осуществляется осушение поступающего в расширитель воздуха в специальных химических осушителях, производятся герметизация расширителей, защита открытой поверхности масла слоем инертного газа или синтетическими пленками и т. д. Определенная технология подготовки и заливки масла должна соблюдаться не только в производстве трансформатора, но также и в эксплуатации при периодических сменах и очистках масла.

5.3. Электроизоляционные материалы, применяемые при производстве трансформаторов

В соответствии с воздействиями, которые испытывает изоляция трансформатора в эксплуатации, и требованиями к электрической и механической прочности изоляции, ее нагревостойкости и химической стойкости при производстве трансформаторов нашли применение материалы, описанные ниже. В масляных трансформаторах для внутренней изоляции применяются, главным образом, изоляционные материалы класса нагревостойкости А.

1.С января 1983 г. в трансформаторах начали применять вместо кабельной электроизоляционную трансформаторную бумагу [13] марок Т–080, Т–120, ТМ–120, ТМП–120, ТВ–120 и ТВУ–080 толщиной 80 и 120 мкм. Буквы в марках бумаги означают: Т – трансформаторная обычная, В – высоковольтная, М – многослойная, П – упрочненная, У – уплотненная. Выбор марки этой бумаги зависит от класса напряжения трансформатора. Электрическая прочность сухой трансформаторной бумаги 6÷9 кВ/мм, а пропитанной в сухом трансформаторном масле в зависимости от толщины – 70÷90 кВ/мм; диэлектрическая проницаемость сухой бумаги 2,2÷2,7.

2.Для витковой изоляции обмоточных проводов и межслоевой изоляции обмоток трансформаторов мощностью до 100 кВ·А используют телефонную бумагу КТ–50 [14], выпускаемую толщиной 50 мкм, в рулонах шириной 500, 700 и 750 мм.

3.Для изолирования отводов применяют крепированную электроизоляционную бумагу ЭКТМ [15] с поперечным крепом (гофрировкой), толщиной 0,44 мм. Она обладает

35

высокой электрической прочностью (25 кВ/мм в трансформаторном масле при 90±5 °С), маслостойкостью и эластичностью.

4.Другим основным изоляционным материалом в высоковольтных трансформаторах служит электроизоляционный картон (электрокартон) [16], который изготавливают, как и кабельную бумагу, из древесной целлюлозы. В зависимости от толщины электрическая прочность электрокартона в воздухе от 7 до 15 кВ/мм, в горячем (при 90 °С) трансформаторном масле (после предварительной вакуумной сушки и пропитки в сухом трансформаторном масле) при (100±5) °С от 30 до 55 кВ/мм; его диэлектрическая проницаемость 4,3÷4,5.

Электрокартон, выпускаемый пяти марок AM, А, Б, В, Г, предназначен для работы

вмасле при рабочей температуре 105 °С, с высокой механической прочностью, малой усадкой после сушки, стойкостью к воздействию напряжения в направлении, перпендикулярном поверхности, а также к воздействию поверхностных разрядов.

Электрокартон марки AM, характеризуемый хорошей эластичностью, гибкостью и высокой стойкостью к действию поверхностных разрядов, применяется для изготовления деталей главной изоляции высоковольтных масляных трансформаторов от 750 кВ и выше; марки А, отличающийся в основном от марки AM меньшей стойкостью к воздействию поверхностных разрядов, – для изготовления деталей главной изоляции высоко-

вольтных масляных трансформаторов до 750 кВ включительно; марки Б, обладающий средней плотностью и повышенными электрическими ха-

рактеристиками, – для изготовления деталей главной изоляции масляных трансформаторов до 220 кВ включительно;

марки В, обладающий повышенной плотностью и малой сжимаемостью, – для изготовления деталей продольной изоляции в масляных трансформаторах;

марки Г, отличающийся средней плотностью с повышенным сопротивлением расслаиванию, – дляизготовлениясклеенныхизоляционныхдеталеймасляныхтрансформаторов.

Листовой электрокартон применяют толщиной 1; 1,5; 2; 2,5 и 3 мм размерами от 850x1000 до 3000x4000 мм (второй размер соответствует продольному направлению волокон), а также толщиной 0,5 мм.

5.Электроизоляционная лакоткань [17] представляет собой хлопчатобумажную шелковую или стеклянную ткань, пропитанную электроизоляционным лаком. Она отличается высокой электрической и механической прочностью и эластичностью; по нагревостойкости хлопчатобумажная и шелковая ткани относятся к классу А. В зависимости от пропитывающего лака лакоткани разделяют на черные и светлые (желтые).

Для масляных трансформаторов применяют светлую хлопчатобумажную лакоткань ЛХММ–105 толщиной 0,17; 0,2; 0,24 мм с пробивным напряжением 7,5; 8,3

36

и 9,2 кВ соответственно (при 15÷35 °С и относительной влажности воздуха 45÷75%). Для работы на воздухе при нормальных климатических условиях используют черные лакоткани ЛХМС–105 и ЛХМ–105.

6.Изоляционные ленты применяют для механической защиты основной изоляции токоведущих частей. Изоляционную тафтяную хлопчатобумажную ленту [18] марок от Т–10–18 до Т–50–39 толщиной 0,25 мм и шириной 10÷50 мм и киперную марок от К–10–2 до К–50–17 (с киперным переплетением нитей в «елочку») толщиной 0,45 мм и шириной 10÷50 мм используют в масляных трансформаторах. В обозначении марок первая цифра указывает ширину ленты, вторая – номер заправки пряжи.

7.Электротехнический гетинакс [19] получают прессованием слоев специальной пропиточной бумаги и применяют для изготовления деталей переключающих устройств, крепления обмоток и отводов. Для этих целей выпускают листовой электротехнический гетинакс марок V–1 и V–2 толщиной 8÷50 мм, отличающийся высокой механической и электрической прочностью. Электрическая прочность гетинакса в поперечном направлении составляет 16÷80 кВ/мм, вдоль слоев – в несколько раз ниже.

8.Электротехнический текстолит [20], получаемый прессованием слоев пропитанной лаком хлопчатобумажной ткани, имеет бóльшую удельную ударную вязкость, чем гетинакс, поэтому его используют для изготовления изоляционных деталей, несущих механическую нагрузку. В трансформаторах применяют текстолит класса А толщиной 0,5÷50 мм и электрической прочностью 5÷8 кВ/мм в трансформаторном масле при (90±2) °С.

9.Бумажно-бакелитовые изделия [21], изготавливаемые в виде трубок и цилиндров из лакированной намоточной бумаги, применяют для работы на воздухе и в трансформаторном масле при 105 °С. Трубки служат для изоляции отводов и стяжных шпилек магнитной системы, а также для изготовления приводных штанг переключателей, а цилиндры – для изоляции обмоток друг от друга и от стержней магнитной системы, а также для изоляции переключателей.

10.Трансформаторное масло (продукт перегонки нефти) [22] используют в трансформаторах в качестве изоляционного материала, а также хорошей теплоотводящей среды. Оно не должно содержать влаги, механических примесей, смолообразующих и других веществ, не обладающих изоляционными свойствами. Масло, из которого удалена влага, резко снижающая его электрическую прочность, называют сухим.

В трансформаторах применяют трансформаторные масла марок: ТК – без присадки; Т–750 и Т–1500 – с добавлением антиокислительной присадки; ПТ – перспективное масло. Для примера приведены основные требования, предъявляемые к трансформаторному маслу ТК [22] (табл. 2).

37

11. Совтол-10 [23] – это синтетическая бесцветная жидкость, слегка желтоватого цвета, продукты ее разложения под воздействием температуры и электрической дуги в отличие от трансформаторного масла не горят и не выделяют взрывоопасные газы (водород, метан, ацетилен и др.). Совтол-10 применяют в качестве негорючего жидкого диэлектрика, являющегося одновременно охлаждающей средой, в герметизированных трансформаторах напряжением не более 15 кВ. Основные физико-технические свойства совтола-10 отражены в табл. 3.

 

Таблица 2

 

 

 

Кинематическая вязкость, сСт, не более:

 

 

– при 20 °С

30

 

– при 50 °С

8

 

 

 

 

Кислотное число, мг, КОЯ на 1 г масла (не более)

0,35

 

 

 

 

Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С (не ниже)

135

 

 

 

 

Зольность, % (не более)

0,005

 

 

 

 

Водорастворимые кислоты, щелочи и механические примеси

отсутствуют

 

 

 

 

Температура застывания, °С (не выше)

45

 

 

 

 

Натровая проба – оптическая плотность (не более)

2

 

 

 

 

Тангенс угла диэлектрических потерь при 70 °С, %, (не более)

2,5

 

 

 

 

Плотность при 20 °С, г/см3 (не более)

0,900

 

Пробивное напряжение осушенного масла, кВ

60 и более

 

 

 

 

 

Таблица 3

 

 

 

Тангенс угла диэлектрических потерь при 90 °С (не выше)

0,08

 

 

 

 

Пробивное напряжение при 65 °С (не менее), кВ

40

 

 

 

 

Кислотное число, мг КОЯ на 1 г масла (не более)

0,02

 

 

 

 

Кинематическая вязкость при 65 °С (не более)

14

 

 

 

 

Вода, механические примеси

отсутствуют

 

 

 

 

К недостаткам совтола относятся: токсичность (его пары при длительном воздействии на дыхательные органы человека могут привести к отравлению); высокая гигроскопичность по сравнению с трансформаторным маслом; резкое увеличение вязкости при снижении температуры.

12. Для пропитки обмоток, изолирования пластин магнитопроводов, окраски деталей и сборочных единиц применяют лаки и эмали. Электроизоляционный лак ГФ-95 [24], представляющий собой раствор глифталевой смолы, растительного масла и канифоли, применяют для пропитки с последующей запечкой обмоток. Время его высыхания (за-

печки) – 15 ч при 105÷110 °С.

38

13.Электроизоляционный лак МЛ-92 [25], получаемый добавлением к лаку ГФ-95 15%-ной меламиноформальдегидной смолы, применяют для тех же целей, что и ГФ-95. Время его высыхания 10÷12 ч при 9÷100 °С.

14.Бакелитовый лак [26], представляющий собой раствор бакелитовой смолы в этиловом спирте, имеет цвет от красноватого до красно-бурого, запекается при 120÷130 °С, выпускается марок ЛБС-1 и ЛБС-2 и используется в трансформаторах для склеивания электрокартонных полос, колец и других деталей. Склеенные этим лаком детали имеют высокую механическую и электрическую прочность. Для склеивания электрокартона применяют также клей марки МЦ, изготовленный на основе метилцеллюлозы.

15.Изоляционный лак КФ-965 [27], представляющий собой раствор в органических растворителях основы, состоящей из смеси препарированных, высыхающих и полувысыхающих масел или этерифицированных жирных кислот с добавлением смолы на основе канифоли и сиккатива. Лак КФ-965 предназначается для покрытия электротехнической стали, применяемой для изделий с изоляцией класса нагревостойкости В.

16.Маслостойкая эмаль ГФ-92-ХК [28] красного цвета, не требующая запечки, используется для окраски неизолированных отводов и стальных конструкционных частей и деталей.

17.Эмаль ПФ-133 [29] черного и серого цвета применяют для окраски наружных поверхностей баков, радиаторов, термосифонных фильтров и других поверхностей трансформаторов, не соприкасающихся с маслом. Для окраски эмалями ПФ-133 части трансформаторов (баки, расширители, крышки, охладители) предварительно покрывают грунтом ФЛ-ОЗ-К.

5.4.Основные типы изоляционных конструкций

Вэлектрическом отношении изоляция трансформатора должна надежно предохранить части, находящиеся под напряжением, обмотки, отводы, переключатели и вводы

от разряда между собой.

Расположение основных изоляционных промежутков определяется конструкцией трансформатора, взаимным расположением его обмоток, магнитной системы, бака и других частей. Так, в стержневом трансформаторе современной конструкции с концентрическими обмотками основными промежутками главной изоляции являются: осевые каналы между обмоткой НН и стержнем, между обмотками ВН и НН; пространство между торцами обмоток НН и ВН и ярмом; пространство между обмоткой ВН и стенкой бака и др. (рис. 16, а). Этим промежуткам соответствуют вполне определенные электрические воздействия при испытаниях трансформатора испытательным напряжением. В трансформа-

39

торе с чередующимися обмотками в связи с другим расположением обмоток изменится как расположение основных изоляционных промежутков, так и воздействие на них испытательных напряжений (рис. 16, б).

Каждая изоляционная конструкция всегда может быть представлена в виде комбинации из нескольких простых элементов (рис. 17):

а – сплошной изоляции из твердого изолирующего материала; б – чисто масляного или воздушного промежутка;

в – барьера, т. е. перегородки из твердого изолирующего материала в масляном или воздушном промежутке;

г – покрытия одного или обоих электродов тонким слоем твердого изолирующего материала, плотно облегающего электрод и принимающего его форму;

д – изолирования аналогичного покрытию, но отличающегося большей толщиной твердого диэлектрика, обеспечивающей снижение напряженности в масляной части промежутка.

а) б)

Рис. 16. Расположение основных изоляционных промежутков

а)

б)

в)

г)

д)

 

Рис. 17. Виды изоляционной конструкции

 

Примеры простейших изоляционных конструкций применительно к масляному трансформатору показаны на рис. 18. В главной изоляции масляных трансформаторов обычно применяются конструкции, состоящие из комбинации нескольких элементов. Размеры изоляционных промежутков и сложность конструкций обычно возрастают с ростом класса напряжения и испытательных напряжений трансформаторов.

40

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]