Как было ранее сказано, для современных крупных трансформаторов особую роль играет качество изоляционных масел и изоляционных конструкций, поскольку величины изоляционных промежутков сведены к минимуму. Кроме первоначального высокого качества изоляции — бумаги на обмоточном проводе, электрокартона в изоляционных деталях и масла как изолирующей среды, играет значительную роль технологическая обработка ее на заводе при изготовлении трансформатора, а также поддержание достигнутого на заводе состояния при последующей эксплуатации. Основную роль в ухудшении диэлектрических свойств изоляции играет присутствие влаги и кислорода.
Наличие влаги, как известно, снижает электрическую прочность органической изоляции как твердой, так и жидкой, а присутствие кислорода (практически воздуха), с одной стороны, ускоряет химические процессы окисления (особенно при нагретой изоляции) и старения изоляции и, с другой стороны, возможное наличие газовых включений в твердой или жидкой изоляции в сильном электрическом поле может приводить к возникновению очагов ионизации внутри изоляции. Если в масле имеется некоторое количество растворенного газа, он с маслом может проникнуть и в наружные слон твердой изоляции. При значительном снижении температуры масла газ выделяется из масла и может скопляться у поверхности изоляции, а также проникать в твердую изоляцию.
При ионизации в газовых пузырьках происходят местные микропробои (разряды) ионизированных промежутков, что постепенно приводит к прожиганию отдельных участков твердой изоляции, созданию путей утечек, снижению ее диэлектрической прочности и, наконец, пробою уже под действием рабочего напряжения. Но поскольку внутри изоляции давление в газовых пузырьках больше, чем на поверхности, процесс ионизации и разряда скорее происходит на поверхности изоляции.
Для предотвращения возможности таких явлений изоляция специально обрабатывается.
Рис. 20. Транспортная установка для подпитки азотом бака.
1 — баллон с азотом; 2 — вентили; 3 — коллектор; 4 — газоосушитель; 5 — редуктор газовый; 6 — манометр; 7 предохранительный клапан; 8— бак.
При изготовлении трансформаторов высших классов напряжений (220 кВ и выше) на заводе активная часть после сборки целиком загружается в вакуумный сушильный шкаф, где под вакуумом происходит длительный нагрев — сушка изоляции. При температуре до 110° С и остаточным давлении до 0,1 мм рт. ст. влага из твердой изоляции удаляется и удаляется воздух. После достижения необходимой степени осушки (что контролируется по изоляционным характеристикам) под тем же вакуумом происходит заливка активной части сухим горячим маслом. Масло пропитывает (в течение нескольких часов) всю изоляцию, заполняет все ее поры, чтобы впоследствии в них не мог попасть воздух.
Пропитанная маслом изоляция практически при последней (третьей) сборке в течение 12—16 ч не успевает остыть и набрать снова влаги. После окончательной сборки активная часть устанавливается на поддон, закрывается «колоколом» и после уплотнения всех фланцев и заглушки всех излишних отверстий производится заливка опять горячим маслом под вакуумом и трансформатор поступает на испытания. Перед отправкой с завода масло из трансформаторов ряда типов сливают частично, оставляя всю активную часть, покрытую маслом, но из большинства крупных трансформаторов масло сливается полностью и герметически уплотненный бак заполняется сухим азотом.
В процессе транспортировки давление азота в баке поддерживается в определенных пределах автоматически от специальной транспортной установки, закрепленной к баку трансформатора (рис. 20), т. е. поддерживается герметичность бака и сохраняются условия, при которых изоляция не может ухудшиться.
Рис. 21. Схема азотной защиты трансформатора.
1 — бак; 2 — расширитель; 3 — стальной патрубок; 4 — резиновая трубка; 5 силикагелевый осушитель азота; 6 —кран; 7 — патрубок; 8 — эластичный резервуар с азотом
Большинство типов трансформаторов защиты масла от окисления не имеют. Воздушное пространство расширителя связано с атмосферой через силикагелевый воздухоосушитель, который хотя и осушает проходящий через него при «дыхании» трансформатора воздух, т.е. уменьшает качество влаги, попадающей в масло, но пропускает кислород беспрепятственно, и поэтому происходит процесс окисления масла и растворения в нем воздуха. Это приводит к ухудшению изоляционных характеристик трансформатора (как масла, так и твердой изоляции). В системах охлаждения ДЦ для стабилизации масла используются адсорбционные фильтры (см. ниже).
Чтобы исключить возможность окисления масла, трансформаторы, выпускаемые в последние годы, снабжаются азотной защитой. Азотная защита представляет собой эластичный резервуар (мешок), заполненный сухим азотом под небольшим (не более 0,05 кгс/см3) давлением, соединенный трубой с надмасляным пространством расширителя (у трансформаторов с емкостью расширителя более 4 700 л к расширителю присоединяются два резервуара). Таким образом, масло соприкасается не с воздухом, содержащим кислород, а с инертным азотом. Поэтому процесс окисления масла не может происходить, и кроме того, в масло не попадает влага, так как с атмосферой расширитель не связан, а между резервуаром и расширителем имеется силикагелевый осушитель.
Во избежание утечки азота надмасляное пространство расширителя и выхлопной трубы тщательно уплотняется. Такая защита применена для трансформаторов АТДЦТН-125000/220, АТДЦТН-200000/220, ТЦ-630000/220, ТДЦ-400000/500 и др. Схема установки азотной защиты приведена на рис. 21.
В трансформатор, снабженный азотной защитой, заливается дегазированное масло, чтобы исключить все явления, связанные с наличием кислорода в масле и изоляции. Затем производится насыщение масла чистым азотом.
