УДК 621.314.21 /.23.027 69.048:621.316933
T. И. Морозова
Изоляции электрооборудования высокого напряжения и вентильные разрядники. Труды ВЭИ, 1982, вып. 91, с. 22—25.
Приводятся коэффициенты импульса главной изоляции трансформаторов высокого напряжения при срезанном грозовом импульсе. Сравнивается электрическая прочность при срезанном и полном грозовых импульсах с соотношениями соответствующих испытательных напряжений. Делается вывод о том, что для главной изоляции испытание срезанным импульсом не является более жестким, чем полным.
Библиогр.: 2.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ГЛАВНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СРЕЗАННОГО ГРОЗОВОГО ИМПУЛЬСА
Стандарты СССР на требования к электрической прочности электрооборудования высокого напряжения предписывают проведение типовых испытаний силовых трансформаторов высокого напряжения как полным, так и срезанным грозовыми импульсами. Для трансформаторов на напряжения 220 кВ и выше испытательное напряжение срезанного импульса превышает испытательное напряжение полного грозового импульса на 6,5—11%. Включение срезанного грозового импульса в комплекс типовых испытаний трансформаторного оборудования связано с необходимостью учета вероятности крутого среза волн грозовых перенапряжений на случайно ослабленном элементе изоляции подстанции.
Воздействие на трансформатор срезанного грозового импульса до последнего времени считалось определяющим при выборе размеров продольной изоляции обмоток. Однако в настоящее время в трансформаторах классов напряжения 500 кВ и выше нашли широка применение обмотки с большой продольной емкостью, в которых с помощью дополнительных конструктивных мероприятий удалось добиться такого положения, когда градиенты срезанного грозового импульса в продольной изоляции не превышают градиентов полного. В этих условиях возникает вопрос, не является ли для главной изоляции испытание полным грозовым импульсом одновременно достаточной проверкой ее прочности по отношению к испытательному напряжению срезанного грозового импульса. Анализ должен состоять в сравнении отношения электрической прочности главной изоляции при срезанном и полном импульсах и отношения соответствующих испытательных напряжений.
Если выполнить указанное выше сопоставление на основе результатов, полученных в 30-е годы А. В. Пановым, то есть все основания сделать вывод, что для главной изоляции испытание срезанным грозовым импульсом не является более жестким, чем испытание полным. Однако может возникнуть сомнение в правомерности использования данных для такого сравнения, так как они получены по напряжениям пробоя моделей маслобарьерной изоляции без учета осевого поля обмотки.
В настоящее время изменился подход к определению электрической прочности главной изоляции, в качестве ее критерия используется не напряжение пробоя, а напряжение возникновения частичных разрядов, представляющих собой пробой первого от обмотки масляного канала. В связи с этим представлялось целесообразным проведение исследований электрической прочности главной изоляции с вводом в середине и на конце обмотки при стандартном срезанном грозовом импульсе. Эти исследования представляют интерес и в отношении распространения вольт-секундной характеристики главной изоляции [1] в область малых времен, которая ограничена полным грозовым импульсом.
Исследования электрической прочности главной изоляции с вводом в середине обмотки проводились на моделях маслобарьерной изоляции (МБИ), с вводом на конце - на моделях концевой изоляции (МКИ). В моделях МБИ исследуемой являлась средняя часть модели с изоляционным расстоянием между обмотками 40 мм; ближайший к внутренней обмотке канал образовывался с помощью рейки, прошивающей обмотку, и был равен 10 мм. В моделях МКИ исследуемой являлась верхняя часть. Ближайший к обмотке высокого напряжения канал у края обмотки образовывался с помощью угловой шайбы и цилиндра, для уменьшения размера канала до 16 мм применялось тарельчатое емкостное кольцо со специальным заполнителем из электрокартона.
Модели изготавливались на трансформаторном заводе и проходили перед испытанием весь комплекс термовакуумной обработки, предусмотренный для трансформаторов 220 кВ и выше. В качестве критерия, определяющего электрическую прочность изоляции, было принято напряжение возникновения в ближайшем к обмотке масляном канале (МБИ) или в масляном промежутке емкостное кольцо — угловая шайба (МКИ) частичных разрядов, перекрывающих масляный канал. Индикация этих частичных разрядов при испытании срезанным грозовым импульсом производилась по результатам визуального наблюдения за поверхностью масла в испытательном баке и контролировалась последующей разборкой модели. Интенсивности частичных разрядов в связи с большими техническими трудностями при этом не измерялись.
Во время испытаний всех моделей удалось зафиксировать пробой масляного канала у обмотки и при отсутствии полного пробоя изоляции. По напряжению возникновения частичных разрядов рассчитывалась напряженность пробоя в масляном канале.
При расчете напряженности модель МБИ в средней части рассматривалась как многослойный цилиндрический конденсатор с гладкими изолированными электродами. В моделях МКИ напряженность поля в масляном промежутке у емкостного кольца определялась путем моделирования электростатического поля на электропроводной бумаге.
При каждом воздействии проведено не менее 8—14 опытов, рассчитаны коэффициенты импульса главной изоляции при срезанном и полном грозовых импульсах, которые получились равными соответственно 2,04 и 1,9 для конструкции с вводом в середине обмотки и 1,96 и 1,8 для конструкции с вводом на конце.
При использовании полученных данных для оценки соотношения электрической прочности главной изоляции реального трансформатора при срезанном и полном импульсах необходимо учитывать отличие электрического поля модели и трансформатора.
При воздействии полного грозового импульса на трансформатор, имеющий обмотку высокого напряжения с вводом в середине, существенное влияние на напряженность в главной изоляции оказывает осевое поле обмотки. Поэтому коэффициент импульса главной изоляции реального трансформатора, вычисленный как отношение воздействующих на линейный ввод напряжений, не равен отношению повреждающих напряженностей и получается существенно меньше 1,9, т. е. 1,6-1,5 [2] .
Как показали расчеты перенапряжений в обмотках, при воздействии на трансформатор срезанного импульса осевое поле обмотки не оказывает существенного влияния на напряженность в главной изоляции из-за смещения по времени максимальных значений градиента и потенциала. Поэтому нет оснований ожидать изменения коэффициента импульса трансформатора против полученного на моделях.
Таким образом, для трансформаторов с вводом в середине обмотки увеличение электрической прочности главной изоляции при воздействии срезанного грозового импульса по сравнению с полным будет не менее 27%. Увеличение электрической прочности концевой изоляции при уменьшении длительности воздействия от 50 до 2—3 мкс составляет 8,5%. Этот вывод справедлив как для моделей, так и для трансформаторов, так как в этом случае нет оснований ожидать существенного влияния осевого поля обмотки на напряженность у емкостного кольца на краю обмотки.
Соотношения испытательных напряжений срезанного и полного грозовых импульсов для трансформаторов на напряжения 220, 330, 500 и 750 кВ — 1,11, 1,095, 1,065 и 1,065 соответственно, соотношения электрической прочности при этих воздействиях при вводе в середине 1,25, на конце 1,085. Сравнение этих значений показывает, что для главной изоляции с вводом в середине обмотки испытание срезанным грозовым импульсом при принятых испытательных напряжениях не является более жестким, чем испытание полным грозовым импульсом. Для главной изоляции с вводом на конце 220—330 кВ дополнительная проверка срезанным импульсом необходима.
Полученные данные по электрической прочности главной изоляции при воздействии срезанного грозового импульса позволили продлить полученную ранее вольт-секундную характеристику до 2 мкс.
Список литературы
- Каплан Д. А., Лоханин А. К., Морозова Т. И. Вольт-секундная характеристика главной изоляции силовых трансформаторов. — Электричество, 1971, № 12, с. 37-41.
- Шифрин Л. Н., Чорноготский В. М., Джунь Л. П., Френкель В. Ю. Коэффициент импульса главной изоляции трансформаторов сверхвысокого напряжения. — Электротехника, 1974, № 11, с. 50—55.
