Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций - Конструкции высокопотенциальных трансформаторов

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОКОПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

1. КОНСТРУКЦИИ ВЫСОКОПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Высокопотенциальные трансформаторы, у которых одна из обмоток при сравнительно небольшой разнице напряжений между своими выводами имеет большой потенциал относительно другой обмотки, находят широкое применение для питания ламп с бегущей волной, модуляторных, мощных импульсных и других или их сеток в различных газоразрядных приборах.
У трансформаторов тока первичная обмотка, связанная электрически с высоковольтной сетью, должна иметь надежную изоляцию относительно измерительной обмотки. Изоляция рассчитывается с учетом возможных грозовых перенапряжений в сети.
Классификация конструкций высокопотенциальных трансформаторов может производиться в зависимости от типа магнитопровода, типа изоляции или изоляторной части.
В серийно изготавливаемых конструкциях типа ТП (трансформаторы потенциальные) получили отражение некоторые тенденции зарубежного проектирования высокопотенциальных конструкций. В табл. 9.1 приведены основные конструктивные особенности трансформаторов мощностью от 6,3 до 182 В-А, с потенциалом от 3 до 55 кВ постоянного тока для сети 400 Гц и для сети 50 Гц.
В трансформаторах первой группы перед заливкой на магнитопровод наносится амортизационный слой из эластичного компаунда. Амортизация препятствует образованию в магнитопроводе механических напряжений, возникающих при усадке эпоксидного компаунда и при охлаждении его. Отсутствие защиты магнитопровода приводит к нарушению магнитной структуры трансформаторной стали и увеличению тока холостого хода в 1,5.. .2 раза, а иногда и более.

Таблица 9.1

Отрицательное влияние амортизационного слоя проявляется в сокращении полезной площади окна магнитопровода, ухудшении на 5... 10% удельных показателен объема и массы трансформаторов. Для нанесения слоя изготавливается оснастка. Появляется необходимость в дополнительных технологических операциях.
Межслоевая изоляция для всех классов напряжения и межобмоточная до 5 кВ выбираются в зависимости от рабочей температуры и срока службы. Бумажно-эпоксидная изоляция при температуре 125oС применяется для срока службы 5000 ч, а при 135° С — только 1000 ч. Для стеклослюдинита или пленки ПЭТФ срок службы вследствие большой короностойкости изоляции возрастает до 10000 ч — при температуре 120° С и до 5000 ч — при 135° С.
Коэффициент заполнения окна магнитопровода медью kM, который характеризует активное использование магнитопровода для трансформаторов типа ТП1, зависит от значения рабочего потенциала и, как видно из рис. 9.1, изменяется от 0,08 до 0,25. При увеличении типоразмера магнитопровода, который зависит также от габаритов высокопотенциального трансформатора, коэффициент заполнения окна медью улучшается.
Сетевая обмотка укладывается на каркасы из пресс-материала АГ-4С. В трансформаторах до 5 кВ между обмотками наносится бумага ЭИП-63А или слои гибкого стеклослюдинита ГСК толщиной 0,1 мм. Пропитка производится компаундом типа ЭПК-4, а заливка — типа ЭЗК-10.
При напряжениях выше 5 кВ в трансформаторах второго и третьего типа вся главная изоляция выполняется из литого компаунда методом двойной заливки.

Рис. 9.1. Зависимость коэффициента заполнения окна медью от рабочего напряжения
1 — ПЛ32Х64Х160; 2- ПЛ32Х64Х130; 3—ПЛ16.У: 4—ПЛ32Х64Х100; 5 — ШЛ25X25(50); 6—ШЛ20Х20; 7—ШЛ25Х X25(50); 8—ПЛ12„У“; 9—ПЛ25X50X65(80); 10—ПЛ20х40х80(100); 11—ПЛ20Х40Х50(65); 12—ПЛ10; 13—ПЛ16Х
Х32Х80; 14 — ПЛ16X32X60; 15  — ПЛ10Х32 X50; 16—ПЛ16Х32Х40; 17— ШЛ12/25; 18—ПЛ32Х64Х80; 19-ПЛ25Х50; 20—ШЛ 16x16(32); 21— ПЛ40Х80Х20; 22—ПЛ40Х80Х160; 23—ПЛ40Х80Х120; 24— ПЛ40Х80Х100

Применение в трансформаторах первого типа материалов с хорошей впитывающей способностью и двойной заливки в трансформаторах второго и третьего типа позволило исключить жесткие каркасы для намотки высокопотенциальной обмотки и обеспечить достаточно высокую однородность структуры главной изоляции.
Выводы высокопотенциальной обмотки до 5 кВ осуществляются высоковольтным кабелем, от 5 до 17 кВ — локальной защитой. При более высоких значениях потенциала выводы выполняются в виде изолятора, усиленного высоковольтным кабелем.
Щели между катушкой и магнитопроводом заливаются эластичным компаундом.
При напряжениях выше 5 кВ при заливке только обмоток, т. е. в трансформаторах второго и третьего типа, от внешней короны избавляются посредством металлизации катушки цинком толщиной 300 ... 500 мкм.
Трансформаторы серии ТП надежно эксплуатируются в диапазоне температуры от —60 до -1-85° С, при повышенной влажности, в условиях инея и росы, вибрационных и ударных нагрузках. Сравнительные удельные показатели объема трансформаторов серии ТП и серии АД фирмы «Огзильери Еквипмент Трансформерс» (Япония) приведены в табл. 9.2.
Таблица 9.2

Эта японская фирма выпускает 20 типономиналов высокопотенциальных трансформаторов серии АД мощностью 200, 500, 750 и 1000 В·А с эпоксидной изоляцией на рабочие потенциалы 10, 20, 30, 40 и 50 кВ постоянною тока. Трансформаторы имеют горизонтальное исполнение. Сетевая и высокопотенциальная обмотки заливаются раздельно.
При серийном исполнении такая конструкция имеет некоторые технологические и экономические преимущества, так как позволяет унифицировать сетевые и высокопотенциальные обмотки, изготавливать их заранее и быстро набирать их в различном сочетании в зависимости от спроса.
Удельные показатели при такой конструкции не могут быть оптимальными вследствие снижения коэффициента заполнения окна магнитопровода медью из-за появления дополнительной торцевой изоляции рядом расположенных высокопотенциальных обмоток.

Каталожные данные японской фирмы позволяют сравнить габаритные показатели эпоксидных серии АД и масляных серии 1-Τ высокопотенциальных трансформаторов одного назначения. Удельные показатели объема эпоксидных и масляных трансформаторов мощностью 1000 В·А фирмы «Огзильери Еквипмент Трансформерс» приведены в табл. 9.3.
Таблица 9.3

Из табл. 9.3 видно, что удельные объемные показатели масляных высокопотенциальных трансформаторов в 2... 3 раза больше, чем показатели эпоксидных. Сравнительные удельные показатели массы масляных трансформаторов еще хуже.
Фирма «Балластрон» (США) разработала высокопотенциальный трансформатор накала для выпрямителя универсальной радионавигационной системы. В этом случае предъявлены жесткие требования к габаритам трансформатора. При рабочем потенциале 18 кВ изоляция рассчитана на электрическую прочность 26 кВ, а емкость вторичной обмотки относительно магнитопровода и сетевой обмотки не превышает 100 пФ. Трансформаторы имеют обычное для эпоксидной изоляции устройство.
Шесть высокопотенциальных обмоток такого трансформатора уложены на стеклоэпоксидный каркас, который затем заливается совместно с сетевой обмоткой, образуя моноблочную конструкцию. Отсутствие частичных разрядов при 15 кВ постоянного тока достигнуто посредством электростатических экранов.
Заливкой совместно всех шести высокопотенциальных обмоток и их размещением на одном магнитопроводе достигнуто значительное снижение габаритов по сравнению с вариантом отдельных трансформаторов накала для каждого вентиля выпрямителя.
От такой конструкции требуется повышенная надежность, так как выход из строя одной из накальных обмоток связан с заменой всего трансформатора.
Несмотря на повышенную сложность изготовления высокопотенциальных трансформаторов с шестью обмотками, достигается экономический эффект по сравнению с питанием выпрямителя шестью отдельными высокопотенциальными, трансформаторами.
Описанная конструкция послужила основой для серии высокопотенциальных трансформаторов с эпоксидной изоляцией.

Широкий ассортимент высокопотенциальных трансформаторов, залитых эпоксидными компаундами, выпускается фирмой «Рейтон» (США). Заливаются только обмотки. Форма катушек характеризуется плавными линиями, без резких изменений толщины. Магнитопроводы в одно- и трехфазных конструкциях используются ленточные разрезные. Крепление трансформаторов производится буксами, залитыми в изоляцию катушки.
Фирмы «Анаконда» и «Ноутельфер» (США) заливают обмотки совместно с магнитопроводом в металлический кожух, который используется одновременно в качестве заливочной формы.
Магнитопроводы совместно с обмотками без применения кожуха заливаются фирмами США «Электрик Энджинерин», «Пермасел», «Пеумаси» и др.
Особую группу составляют высокопотенциальные трансформаторы, которые одновременно служат изоляторами для установки высоковольтных приборов.