- 2. КОНСТРУКЦИЯ ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ.
ИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПРОМЕЖУТКИ
Электрическая прочность изоляции трансформатора обеспечивается правильным выбором ее конструкции, материала и минимально допустимых расстояний (изоляционных промежутков) в соответствии с классом напряжения трансформатора. Выбранная изоляция трансформатора должна предохранять его токоведущие части обмотки, отводы, переключатели, вводы от пробоя на землю и между ними как при нормальном рабочем напряжении, так и при возможных перенапряжениях. Изоляция трансформатора должна выдерживать нормированные испытательные напряжения при приемо-сдаточных и типовых испытаниях трансформатора.
Расположение изоляционных промежутков зависит от конструкции трансформатора, т. е. от взаимного расположения обмоток, магнитопровода, бака и других частей. В процессе развития трансформаторостроения определялись основные варианты изоляционных конструкций для концентрических и чередующихся обмоток [4, 6, 17].
В трансформаторе стержневого типа с концентрическими обмотками (рис. 2-2,а) основными промежутками главной изоляции являются следующие: канал между обмоткой НН и магнитопроводом, канал между обмотками ВН и НН, промежутки между обмоткой ВН и стенкой бака, между обмотками разных фаз (междуфазное расстояние) и между торцами обмоток НН и ВН и ярмами.
Рис. 2-2. Изоляционные промежутки главной изоляции.
а — при концентрических обмотках; б — при дисковой чередующейся обмотке; 1 — стенка бака; 2 — стержень магнитопровода; 3 — ярмо.
При дисковой чередующейся обмотке (рис. 2-2,6) основными промежутками главной изоляции являются следующие: промежуток между катушками ВН и НН, между катушками этих обмоток и стержнем, стенкой бака, катушками соседней фазы, между крайними катушками обмотки НН и ярмом.
Рис. 2-3. Типы изоляционных промежутков.
Рис. 2-4. Изменение изоляционных расстояний и усложнение структуры главной изоляции обмоток с ростом класса напряжения. Размеры в сантиметрах
а — масляный или воздушный; б — с барьером; е—с покрытием; г — барьер без масляного или воздушного промежутка; д — с барьером и покрытием; е — с двумя барьерами.
Минимально допустимые размеры изоляционных промежутков завися г от изоляционных материалов, которыми заполняются эти промежутки. В существующих конструкциях изоляционный промежуток может быть заполнен маслом или воздухом, твердой изоляцией (электроизоляционный картон, кабельная бумага) или комбинацией из этих материалов (рис. 2-3). Размеры изоляционных промежутков главной изоляции обмоток существенно возрастают с ростом класса напряжения трансформатора (рис. 2-4), что приводит к увеличению расхода изоляционных материалов, а также к увеличению массы и габаритов обмоток и активной части.
В практике трансформаторостроения наибольшее распространение получила маслобарьерная главная изоляция обмоток, состоящая из различных комбинаций масляных каналов или промежутков с барьерами в виде цилиндров, простых и угловых шайб из электроизоляционного картона или кабельной бумаги [5].
Достоинством маслобарьерной изоляции является более простая (по сравнению с бумажно-масляной) технология изготовления обмоток, изоляции, (сборки активной части, ее сушки и пропитки маслом. В отечественных сериях силовых трансформаторов главная изоляция обмоток—маслобарьерная.
В настоящее время разработаны конструкции усовершенствованной маслобарьерной изоляции с уменьшенным основным изоляционным промежутком — радиальным расстоянием между обмотками. Возможности маслобарьерной изоляции еще полностью не изучены, и есть данные, свидетельствующие о том, что эти возможности еще не исчерпаны.
На рис. 2-5 показана конструкция главной изоляции трансформатора класса напряжения 35 кВ. В этой конструкции изоляция между обмотками ВН и НН 6 и 8 между обмоткой НН и стержнем магнитопровода 3 выполнена в виде масляного промежутка, разделенного изоляционными (жесткими бумажно-бакелитовыми) цилиндрами 5, 7. Обмотки НН и ВН намотаны на бумажно-бакелитовых цилиндрах, являющихся каркасом обмотки.
Электрическую прочность продольной изоляции обеспечивают правильным выбором витковой и междукатушечной изоляции. Изоляция между витками обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода.
Рис. 2-5. Строение изоляции и обмоток трехфазных трансформаторов класса напряжения 35 кВ.
1 и 2 — деревянные стержни крепления; 3 — магнитопровод: 4 — скругленная деревянная планка расклинивания: 5 — бумажно-бакелитовый цилиндр обмотки НН; 6 — непрерывная обмотка НН; 7 — бумажно-бакелитовый цилиндр обмотки ВН; 8 — непрерывная обмотка ВН; 9 — междуфазная перегородка; 10 — щиток, закрывающий ярмо; 11 — опорные кольца обмотки ВН; 12 — ярмовая изоляция; 13 — рейка обмотки ВН; 14 — опорные кольца обмотки НН; 15 — рейка обмотки НН; 16 — прокладка обмотки ВН; 17 — электрокартонная шайба; 18 — вертикальная стальная шпилька, изолированная бумажно-бакелитовой трубкой: 19 — ярмовая балка; 20— планка уравнительной изоляции; 21 и 22 — изолированный отвод (конец) обмотки.
Рис. 2-6. Строение изоляции и обмоток трехфазных трансформаторов класса напряжения 110 кВ.
1 — ярмовая изоляция; 2 — шайба с П-образными подкладками; 3—нижний барьер; 4 — обмотка НН; 5 — угловые шайбы; 6 — рейка обмотки ВН; 7 — обмотка ВН; 8 — цилиндры обмотки ВН; 9 — планка из электрокартона; 10 — емкостное кольцо обмотки ВН; 11 — междуфазная перегородка; 12 — шайба с П-образными подкладками; 13 — шайба с приклепанными подкладками; 14 — стальное нажимное кольцо.
Междукатушечная изоляция в непрерывной обмотке осуществляется радиальными масляными каналами, образуемыми дистанционными прокладками 16, надетыми на рейках 13 и 15. Электрокартонные рейки, расположенные по окружности обмотки, как показано на рис. 2-5, создают вертикальные каналы между цилиндром и проводниками обмотки.
Детали радиального крепления удерживают обмотки концентрично относительно стержня магнитопровода и относительно друг друга и образуют для витков внутренних обмоток опоры, воспринимающие направленные внутрь обмоток радиальные усилия короткого замыкания. Радиальное крепление цилиндра обмотки НН на стержне магнитопровода осуществляется нормализованными деревянными стержнями 1,2 и планками 4. Между обмотками ВН различных фаз устанавливают междуфазную изоляцию.
В трансформаторах малой и средней мощности напряжением до 15 кВ размеры изоляционного промежутка между торцами обмоток и ярмом и ярмовыми балками относительно невелики. Поэтому концевую изоляцию обычно осуществляют в виде деревянных подкладок или деталей из электроизоляционного картона, как бы совмещающих в себе и ярмовую и уравнительную изоляцию.
В главной изоляции обмоток трансформатора класса напряжения 110 кВ с испытательным напряжением 200 кВ (рис. 2-6) устанавливают два изоляционных цилиндра с угловыми шайбами. Изоляционные цилиндры обмоток ВН и НН — «мягкие», намотанные из заготовок электроизоляционного картона. Угловая шайба представляет собой кольцевой барьер, охватывающий край обмотки. Цилиндрическая и горизонтальная, части угловой шайбы обмотки препятствуют развитию пробоя в масле как в радиальном направлении, так и в сторону ярма Между обмотками ВН соседних фаз установлены угловые междуфазные перегородки, являющиеся одновременно барьерами в промежутке между наружным
краем обмотки ВН и ярмом магнитопровода. Каналы по обе стороны барьера и перегородки образуются П-образными прессованными прокладками, устанавливаемыми на барьере. Концевая изоляция от верхнего и нижнего ярм магнитопровода выполняется типовой конструкции.
Одним из перспективных видов изоляции (с точки зрения возможности увеличения мощности транспортабельного трансформатора) является бумажно-масляная изоляция (рис. 2-7). Однако она обладает рядом особенностей, которые существенно усложняют конструкцию и технологию производства.
Применение бумажно-масляной изоляции в силовых трансформаторах позволяет уменьшить главные изоляционные расстояния, а это способствует увеличению предельной мощности транспортабельных трансформаторов.
Рис. 2-7. Бумажно-масляная главная изоляция силового трансформатора высокого напряжения (фирма «Броун-Бовери», Швейцария).
1 — стержень магнитопровода; 2 —обмотка НН; 3 — бумажно-бакелитовый цилиндр; 4 — бумажный цилиндр; 5 — обмотка ВН; 6 — отворот бумажного цилиндра; 7 — прокладка между отворотами.
В то же время производство трансформаторов с бумажно-масляной изоляцией требует значительного повышения технологической культуры производства, разработки и внедрения ряда новых технологических процессов, так как в целом процесс производства трансформаторов с бумажно-масляной изоляцией значительно сложное, чем трансформаторов с масло-барьерной изоляцией.
В последние годы систематически совершенствуется изоляция трансформаторов на основе исследований перенапряжений в обмотках при различных вариантах их раскладки и способах защиты, исследований электрической прочности улучшенной конструкции межобмоточной изоляции с уменьшенными каналами у обмоток, а также исследований электрической прочности витковой изоляции обмоточных проводов.
В трансформаторах классов напряжения 110—330 кВ широко применяется обмотка с горизонтальными каналами неодинаковых размеров (уменьшенными между входными катушками), позволяющая отказаться от экранирующих витков и дополнительной изоляции дисковых катушек. Благодаря повышению качества обмоточных проводов и наличию совершенного технологического оборудования и оснащения были широко внедрены переплетенные обмотки в классе напряжения 330 кВ.
Новый вид комбинированной обмотки (непрерывная обмотка с переплетенной входной частью и многоступенчатым изменением продольной емкости) в настоящее время широко применяется в обмотках ВН класса 220— 500 кВ.
Применение более рациональной конструкции обмоток ВН напряжением 110—330 кВ позволило снизить размер среднего осевого канала на 20—30%, что обеспечило повышение коэффициента заполнения окна магнитопровода в среднем на 10% [9].
Исследования электрической прочности изоляции трансформаторов при длительном воздействии напряжения, проведенные в последние годы в ВЭИ им. В. И. Ленина и ВИТ позволяют значительно усовершенствовать конструкцию маслобарьерной изоляции силовых трансформаторов.
