Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций

Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов - Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций

Оглавление
Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций
Влияние режимов работы изоляционных конструкций на внутреннюю изоляцию
Стационарный режим эксплуатация трансформаторов в схемах выпрямителей
Переходные режимы эксплуатации трансформаторов в схемах выпрямителей
Эксплуатация трансформаторов тока и напряжения
Эксплуатация трансформаторов и дросселей в усилителях низкой частоты
Катушки индуктивности и вариометры
Эксплуатация импульсных трансформаторов и зарядных дросселей
Разъединители механической блокировки, контакторные устройства, выключатели, переключатели
Антенно-фидерные тракты
Влияние режимов работы изоляционных конструкций на внешнюю изоляцию
Влияние климатических и механических условий эксплуатации
Влияние температуры
Влияние повышенной   влажности
Радиационная стойкость и механические факторы
Электрические свойства диэлектриков
Электрические свойства полимерных материалов
Электрические свойства стеатитовой керамики
Кратковременная и длительная электрическая   прочность эпоксидных компаундов
Кратковременная и длительная электрическая прочность полиолефинов
Кратковременная и длительная электрическая прочность керамики, лейкосапфиров
Электрическая прочность эпоксидных компаундов при механическом нагружении
Короностойкость и дугостойкость полимерных материалов
Полупроводящие полимерные материалы
Пробой в воздухе на постоянном напряжении и при частоте 50...400 Гц
Пробой вдоль поверхности на постоянном напряжении и при частоте 50...400 Гц
Пробой в воздухе и вдоль поверхности при высокой частоте
Факторы, влияющие на механические свойства изоляции, эпоксидные компаунды
Физико-механические свойства изоляции термопластов
Физико-механические свойства изоляции стеатитовой керамики
Физико-механические свойства изоляции стеклопластиков
Физико-механические свойства изоляции эпоксидных компаундов
Физико-механические свойства изоляции термопластов
Физико-механические свойства изоляции стеклопластиков
Адгезионная прочность
Образование термоупругих напряжений в изоляции
Снижение термоупругих напряжений
Образование термоупругих пробоев в изоляции
Выравнивание полей внутренней изоляции
Выравнивание полей внешней изоляции
Электромоделирование электрических полей изоляционных конструкций
Решение краевых задач электростатики на ЭВМ
Оптимизация систем изоляции высоковольтных конструкций
Выбор изоляционных промежутков
Оптимизация технологии систем изоляции высоковольтных конструкций
Конструкции высокопотенциальных трансформаторов
Конструкции высокопотенциальных блочных трансформаторов
Конструкции высокопотенциальных трансформаторов с малой емкостью
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов средней мощности
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов большой мощности
Проектирование трансформаторов модуляционных и   низкой         частоты
Проектирование импульсных трансформаторов
Высоковольтные дроссели, катушки индуктивности и вариометры - проектирование
Проектирование изоляции поворотных и опорных изоляторов
Проектирование изоляции высокочастотных изоляторов
Проектирование изоляции поворотных изоляторов
Проектирование изоляции проходных изоляторов
Проектирование изоляции реле, выключателей и переключателей
Коаксиальные высоковольтные конструкции антенно-фидерных трактов - проектирование
Системы изоляции нестандартных высоковольтных устройств - проектирование
Список литературы

ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ДРОССЕЛЕЙ

  1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ СИЛОВЫЕ И АНОДНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Широкое распространение во всем мире получили силовые и анодные трансформаторы с литой изоляцией. Они характеризуются высокой импульсной прочностью, стойкостью к коротким замыканиям (КЗ), к климатическим и механическим воздействиям, к коронному разряду и химически активным веществам. Они также пожаро- и взрывобезопасны [34].
В конструктивном отношении их условно можно разделить на трансформаторы малой мощности (до 1000 В·А — для 50 Гц и до 5000 В · А — для 400 Гц), средней мощности (до 100 кВ-A) и большой мощности (до 500 ... 700 кВ-А).
Трансформаторы первой группы применяются главным образом в блоках передвижной и стационарной радиоэлектронной аппаратуры. К ним предъявляются высокие требования по габаритам и массе. Ко второй группе трансформаторов при их установке в шкафах высоковольтных выпрямителей на передвижных установках или на столбах ВВ линий передачи также предъявляются требования по минимальным показателям объема и массы на единицу мощности.

Трансформаторы мощностью выше 100 кВ·А устанавливают вне шкафов и блоков в виде выделенной аппаратуры в специальных помещениях. Уменьшение размеров и массы этих трансформаторов осуществляется с учетом экономических и эксплуатационных факторов, включающих в себя капитальные затраты, стоимость эксплуатации, КПД и т. п.
В последние годы появились новые данные о различных методах герметизации не только трансформаторов малой мощности, но и мощных эпоксидных трансформаторов. Фирмы «Брентфорд» (Англия), «Смит» (Нидерланды) и другие, учитывая опыт эксплуатации, перешли от изготовления трансформаторов с пропиткой к залитым конструкциям для трансформаторов мощностью до 1600 кВ-А и подготовились к переходу на массовое изготовление трансформаторов мощностью 3 и 5 МВ-А с заливкой.
Катушки с пропитанными обмотками без последующей заливки, герметизированные снаружи тонким слоем эмали, лака или компаунда, имеют внутри изоляции большое количество пустот и полостей между витками и между слоями межвитковой или межобмоточной изоляции. Эти пустоты в случае проникновения водяных паров являются местом сбора конденсата. Опыт фирм «Вестингауз Электрик», «Хелестпост» и других показал недостаточную надежность при эксплуатации в условиях повышенной влажности трансформаторов с пропиткой вследствие проникновения влаги между пленкой герметизирующего компаунда и всем объемом слоистой изоляции.
Нарушение сплошности тонких герметизирующих покрытий вызывается уменьшением с течением времени механической и адгезионной прочности изоляционных материалов. Кроме того, слоистая изоляция повреждается вследствие коронных разрядов между слоями.
Использование высоковольтных трансформаторов с пропитанными обмотками без последующей заливки ограничивается также из-за недостаточной длительной электрической прочности изоляции вследствие разрушения ее частичными разрядами.

Высоковольтные трансформаторы малой мощности.

Они изготавливаются методом обволакивания «фостерайт» (патент фирмы «Вестингауз») в кожухах из пресс-материалов или из алюминиевых сплавов с пропиткой и заливкой или только пропиткой компаундом, а также посредством пропитки и заливки компаундом в формах.
Метод обволакивания применяется для трансформаторов с выходным напряжением до 3... 5 кВ и мощностью до 50... ... 80 В· А. Так же как и герметизированные в кожухах, пропитанные эпоксидным компаундом трансформаторы, они имеют в продольной и главной изоляции большое количество пустот и полостей, которые могут стать местом образования частичных разрядов. Для предотвращения частичных разрядов требуется применение короностойкой продольной изоляции. Метод напыления, так же как и герметизация в кожухах только трансформаторов с пропиткой, не избавляет от наличия зазора между магнитопроводом и катушкой, а следовательно, и от ионизационных процессов, так как псевдоожиженный слой не проникает в щели толщиной 1 ... 2 мм.
Изготовление трансформаторов с заливкой в кожухи позволяет отказаться от использования заливочных форм, тем самым резко снижая трудоемкость. Указанные преимущества исчезают по мере роста напряжения, что связано с невозможностью тщательного вакуумирования в кожухах. «Аббот» (США) ограничила серию трансформаторов в кожухах напряжением 5 кВ. Серия таких трансформаторов, удовлетворяющая требованиям MIL-T27, для сети напряжением 115 В, частотой 60 Гц выпускается на мощность 5... 300 В-А, а на частоту 400 Гц — от 2 до 175 В-А.
Трансформаторы, выполненные с напылением, на 30% легче герметизированных в кожухах, а заливкой компаундом — на 20% их объем и масса меньше, чем в кожухах. С увеличением мощности и напряжения удельные показатели объема и массы трансформаторов в кожухах становятся хуже по сравнению с конструкциями с заливкой.
Особенности проектировании трансформаторов малой мощности связаны с трудностью обеспечения в небольших габаритах продольной и внешней изоляции.
Характерное для трансформаторов малой мощности использование обмоточных проводов диаметром меньше 0,2 ... 0,3 мм нередко приводит к нарушению тонкой, механически непрочной изоляции обмоточного провода вследствие термоупругих напряжений, возникающих в эпоксидной изоляции в процессе изготовления и эксплуатации. В зависимости от жесткости компаунда и габаритов изделия минимальный диаметр проводов без применения дополнительных мер предосторожностей принимается 0,1 мм.
Тонкая изоляция обмоточных проводов малого диаметра быстрее разрушается под воздействием частичных разрядов Особенно на углах прямоугольных катушек, где больше удельное давление на изоляцию провода, возникают большие термоупругие напряжения и чаще образуются пустоты вследствие худших условий пропитки и заливки.
Межвитковая изоляция на углах в крайних секциях больше подвержена разрушениям под воздействием перенапряжений, а малые размеры обмотки крайне затрудняют снижение перенапряжений выравниванием емкости.
Провода с малыми диаметрами и, следовательно, с большой напряженностью электрического поля нередко заставляют применять различные методы выравнивания полей. Большое количество витков и слоев в высоковольтной обмотке затрудняет проникновение компаунда, требует наличия между секциями промежутков шириной не менее 2 мм, достаточных для прохождения пропиточного и заливочного составов.
Анодный высоковольтный трансформатор
Рис. 10.1. Анодный высоковольтный трансформатор типа ТВ1 на рабочее напряжение 13,5 кВ
1— катушка; 2 — магнитопровод
В малогабаритных высоковольтных изделиях внешняя изоляция обеспечивается заливкой обмоток совместно с магнитопроводом и выполнением выводов высоковольтным кабелем или с локальной защитой.
Сравнительно небольшая масса трансформаторов малой мощности и небольшие значения тепловой постоянной времени таких конструкций не способствуют созданию длительных и значительных перепадов температуры между внутренними и внешними слоями изоляции. Конкретное увеличение относительно непрерывного режима допустимой удельной мощности трансформатора при повторно-кратковременном режиме работы может быть определено умножением номинального тока нагрузки на коэффициент нагрузки kK, который при включении и отключении потребителя определяется из выражения
(10.1)
где I2ном и I2п-кр — ток вторичной обмотки в номинальном и повторно-кратковременном режиме; п =I2ном|I2 п-кр — коэффициент загрузки во время паузы τπ; τ = τΡ + тп/тр — скважность нагрузки (тР — время нагрузки).
Температура максимально нагретой точки учитывается также при выборе режима обдува трансформатора. Увеличение снимаемой мощности для высоковольтных трансформаторов с принудительным обдувом и без него не должно превышать 1,5 раза.
Препятствием для чрезмерного увеличения удельной мощности при повторно-кратковременном режиме работы, так же как и в режиме работы с принудительным обдувом, помимо опасных тепловых процессов, является допустимое значение падения напряжения в обмотке.
Положительным для повышения технического уровня разработки и унификации явилось создание трансформаторов малой мощности серии ТВ1, составляющих ряд с выходными напряжениями 860, 1215, 1715, 2420, 3400, 4825, 6825, 9625 и 13 500 В, главная и внешняя изоляции которых рассчитана на удвоенный потенциал. Выпускаются трансформаторы на мощность от 30 до 2600 В·А для частоты 400 Гц (напряжение сети 115, 220 В) и от 30 до 1080 В-А — для 50 Гц (напряжение сети 127 и 220 В).

Трансформаторы TB1 имеют четыре конструктивных типа, удовлетворяющих тем же климатическим и механическим требованиям. Различия высоковольтных и высокопотенциальных трансформаторов касаются только продольной изоляции, которая начиная с напряжения 1715 В осуществляется секционной намоткой. Между секциями расстояние 4... 5 мм. На рис. 10.1 представлен такой трансформатор ТВ1, у которого сетевая и высоковольтная обмотки концентрически размещены на двух кернах и залиты в единый блок.
Другой вариант высоковольтного трансформатора с аналогичным размещением обмоток представлен на рис. 10.2. Трансформатор имеет горизонтальное расположение ленточного разрезного магнитопровода и крепление посредством четырех букс, залитых в катушку. Открытая изоляторная часть с равномерным электрическим полем имеет механически прочный вывод- экран, приспособленный для установки на нем выпрямителя на полупроводниках. На рис. 10.3 показан высоковольтный импульсный генератор напряжения медицинской установки для лучевой терапии с блочными анодными и накальными трансформаторами тиратрона ТГИ1-500/16.

Анодный высоковольтный трансформатор блочной конструкции
Рис. 10.2. Анодный высоковольтный трансформатор блочной конструкции на рабочее напряжение 8 кВ
1— текстолитовая панель; 2 — вывод-экран высоковольтной обмотки; 3 — съемная контактная часть вывода-экрана; 4 — заземленный электростатический экран; 5—высоковольтная обмотка; 6 — эпоксидная изоляция; 7 — магнитопровод; 8 — металлизация

Блок импульсного генератора напряжения
Рис. 10.3. Блок импульсного генератора напряжения

Благодаря такой конструкции трансформаторов в установке отсутствуют изоляторы и другие изоляционные детали, чем снижаются габариты в 1,5... 2 раза.
Высоковольтный трехфазный трансформатор на линейное напряжение вторичной обмотки 25 кВ (рис. 10.4) также имеет горизонтальное расположение магнитопровода. Установка его производится за арматуру магнитопровода. Металлизированная поверхность катушек позволяет размещать их вблизи заземленных элементов.
Изоляторная часть грушевидной формы имеет равномерное электрическое поле.
Главная изоляция анодного трансформатора (рис. 10.2 и 10.4) выполнена однократной заливкой при обмотке, закрепленной методом подвески. Для увеличения электрической прочности внешней изоляции сверху панели при заливке образуется изоляционный слой компаунда.
Промежуток между панелью и внутренними стенками формы, который необходим для образования заданной толщины слоя компаунда, регулируется посредством трех штырей, выступающих из формы и упирающихся в каждую панель.


Рис. 10.4. Трехфазный анодный высоковольтный трансформатор мощностью 2200 В·А (напряжение поверхностного пробоя изоляторной части 60 кВ)
На рис. 10.5 показан общий вид трансформаторов фирмы «Федерал Пасифик Электрик» (США) на напряжение 4, 6, 10, 15 и 20 кВ, мощностью от 30 до 5500 В-А. Обмотки располагаются концентрически на одном керне. Магнитопровод шихтованный.
Большое разнообразие зарубежных конструкций в значительной мере объясняется наличием оборудования у фирм. Серийное производство трансформаторов малой мощности и субминиатюрных с эпоксидной изоляцией освоено десятками фирм США и Японии Имеются такие фирмы в Канаде, Англии, ФРГ, Франции и в других странах.

Анодные высоковольтные трансформаторы
Рис 10.5. Анодные высоковольтные трансформаторы с горизонтальным (а) и с вертикальным (б) расположением изоляторных частей



 
« Такелажные работы при монтаже оборудования электростанций   Телемеханика в энергоснабжении промышленных предприятий »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.