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

Высоковольтные трансформаторы большой мощности. В таких трансформаторах литая эпоксидная изоляция первоначально применялась при мощности 100, 250, 400 и 630 кВ-А. Постепенное увеличение мощности объясняется сложностью процесса заливки крупногабаритных катушек, отсутствием необходимого технологического оборудования и, главным образом, отсутствием методов борьбы с большими термоупругими напряжениями, возникающими в эпоксидной изоляции при изменениях температуры и при коротких замыканиях.
Сравнительно большой коэффициент заполнения объема залитой катушки медью (кк = 0,5) и большая разность температурных коэффициентов линейного расширения меди и компаунда приводили к различным нарушениям сплошности изоляции.
Сближение значений ТКЛР активных материалов обмоток и компаунда получено благодаря применению фольги или проводов из алюминия. Снижение термоупругих напряжений в результате уменьшения объема компаунда в залитом изделии достигается раздельной заливкой обмоток НН и ВН, а улучшение условий охлаждения — наличием воздушного канала между ними.
Применение ленточной спиральной обмотки из алюминия удовлетворяет также требованиям динамической и термической стойкости при коротких замыканиях. Найдено, что при использовании обмотки из алюминия термоупругие напряжения в компаунде при изменении температуры на 1° С меньше на 20%, чем при использовании медной обмотки.
Большая поверхность соприкосновения ленточного проводника с изоляцией способствует увеличению теплопроводности, что также снижает термическое воздействие короткого замыкания на изоляцию. Электродинамический удар при коротком замыкании менее опасен в момент эксплуатации, чем в момент включения, поскольку нагретый заливочный компаунд находится в высокоэластическом состоянии и благодаря большой релаксационной способности лучше воспринимает кратковременные термоупругие напряжения.
Применение ленточной обмотки из тонкой фольги способствует также лучшему распределению тока по поверхности поперечного сечения обмотки. Известно, что в многослойных цилиндрических катушках, намотанных по спирали, при протекании в них переменного тока каждый из витков внутренних слоев находится в сильном магнитном поле, создаваемом всеми витками внешних слоев. Возникающие под воздействием этого поля вихревые токи создают дополнительные потери, которые пропорциональны четвертой степени толщины проводников в радиальном направлении. Эти потери могут возникать, когда явления поверхностного эффекта еще не сказываются.
Напряжение при воздействии импульсов линейно распределяется по отдельным виткам и имеет для спиральной намотки из фольги неизменное импульсное напряжение на виток. Учитывая незначительное импульсное воздействие на межвитковую (межслоевую) изоляцию, можно уменьшить ее толщину. В спиральной обмотке она выбирается в большинстве случаев по механической прочности.
Приведенные принципы проектирования послужили основой для производства фирмой АЕГ высоковольтных трансформаторов с литой эпоксидной изоляцией типа «Джифал». Фирмой освоены трансформаторы мощностью до 1600 кВ-А, и она готова поставлять изделия мощностью до 4000 кВ-А на класс изоляции 10, 20 и 30 кВ. Трансформаторы имеют шихтованные магнитопроводы с косыми стыками. Обмотки НН и ВН наматываются и заливаются отдельно. Между обмотками имеется воздушный канал, диаметр которого выбирается с учетом скорости охлаждения и отсутствия коронирования.
Алюминиевая фольга или лента наматывается вместе с изолирующей полимерной пленкой, образуя спиральную обмотку, в которой в каждом слое по одному витку и на витковую изоляцию не действует двойное напряжение. Электрическое соединение отдельных катушек осуществляется методом холодного прессования или сваркой в атмосфере защитного газа.
После установки в форму катушку сушат в вакууме и заливают компаундом.
Большая механическая и электрическая прочность эпоксидной изоляции позволяет осуществлять выводы обмоток НН и ВН непосредственно шиной. Исключается использование специальной зажимной доски и изоляторов.
Для трансформаторов типа «Джифал» принят класс изоляции В.
Надежная защита от повышенной влажности, высокая стойкость при коротких замыканиях и перенапряжениях привели к широкому применению мощных трансформаторов с эпоксидной литой изоляцией.
Английская фирма «Бретфорд» выпускает трансформаторы с литой эпоксидной изоляцией на мощности от 100 до 1600 кВ-А на класс изоляции 11 и 22 кВ. Фирма может выполнять трансформаторы мощностью до 3000 кВ-А. Трансформаторы рассчитаны на рабочую температуру до 115° С при температуре окружающей среды 30° С.
Обмотка НН трансформаторов мощностью до 400 кВ-А имеет обычную катушечную конструкцию с несколькими параллельными медными проводами и с шинными наконечниками на концах. В трансформаторах мощностью 400 кВ-А и более обмотка выполняется из медной фольги с межслоевой изоляцией из пленочного материала.
Обмотки ВН наматывают из медного провода прямоугольного сечения с эмалевой изоляцией. Между слоями укладывается перфорированная изоляция, обеспечивающая хорошее проникновение компаунда к внутренним слоям обмотки.
Заливка обмоток НН и ВН компаундом производится раздельно. Трансформаторы, залитые эпоксидными компаундами, на мощности от 100 до 1600 кВ-А напряжением до 22 кВ-А выпускает чехословацкое предприятие БЕЦ в Братиславе.
Фирма «Смит Трансформаторен» в Голландии выпускает литые трансформаторы мощностью до 3000 кВ-А на класс изоляции 10, 20 и 30 кВ.
Аналогичные трансформаторы выпускаются американской фирмой «Вестингауз Электрик», французской фирмой «Колланж эн Фулюсд» и др.