Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Практика >> Электрическая прочность изоляционных конструкций трансформаторов

Прочность воздушной изоляции сухих трансформаторов - Электрическая прочность изоляционных конструкций трансформаторов

Оглавление
Электрическая прочность изоляционных конструкций трансформаторов
Прочность твердой изоляции сухих трансформаторов
Прочность воздушной изоляции сухих трансформаторов

Конструкции воздушной изоляции аналогичны конструкциям масляной изоляции. Основной изоляционной и охлаждающей средой в них служит воздух, а вместо твердых материалов на основе целлюлозы применяются те же материалы, что и для твердой изоляции сухих трансформаторов. Воздушная изоляция используется в промежутках главной изоляции «обмотка-обмотка», «обмотка-стержень», «обмотка-кожух» и «обмотка-ярмо», в продольной изоляции между катушками катушечных обмоток и между слоями цилиндрических обмоток, а также как изоляция отводов.
Основным критерием, определяющим прочность, является максимальная напряженность в воздушных каналах, от которой зависит начальная стадия пробоя. При небольшой неоднородности поля начальная стадия сразу переходит в полный пробой. При больших расстояниях и резконеоднородном поле разница между максимальной и средней напряженностями велика, и для развития пробоя необходимо повышение средней напряженности в промежутке. Таким образом, увеличение расстояния приводит к увеличению максимальной и снижению средней пробивной напряженности. При КЕ > 10 в качестве критерия прочности следует применять среднюю напряженность.
В главной изоляции наибольшая напряженность имеет место на краю обмотки ВН (угол между боковой и торцевой поверхностями) и зависит от радиуса закругления угла. В цилиндрических обмотках из круглого провода для снижения напряженности можно увеличить радиус витков наружного слоя. Хорошие результаты также дает применение обмотки с «уступами» — постепенным уменьшением высоты слоев от внутренних слоев к наружным. В катушечных обмотках целесообразно использовать емкостные кольца.

Установка барьеров в промежутках главной изоляции между обмотками (цилиндров) повышает электрическую прочность. Наибольший эффект (до 50%) при этом дают барьеры, устанавливаемые вплотную к обмотке ВН, поскольку при этом вследствие удаления воздушного канала от обмотки снижается максимальная напряженность в воздухе. Разделение воздушного канала барьером, устанавливаемым посередине, дает увеличение прочности не менее, чем на 30%. Наибольшее увеличение прочности за счет барьера достигается при выступе барьера за край обмотки около 50 мм при ,S от 20 до 80 мм. Дальнейшее увеличение выступа неэффективно, поскольку разряд, начавшийся у угла обмотки ВН, при повышении напряжения вызовет пробой барьера и завершится на обмотке НН, или произойдет перекрытие по поверхности барьера на ярмо.

Рациональная конструкция изоляции достигается при равной прочности промежутков между обмотками и обмотка-ярмо. Обычно технико-экономические характеристики трансформатора в большей степени зависят от расстояния между обмотками S, поэтому при определенном значении этого расстояния расстояние до ярма Н целесообразно выбрать с некоторым запасом. С учетом этого соотношение Η/S при отсутствии барьера между обмотками рекомендуется принять равным трем, а при наличии барьера — 1,5. Эти соотношения относятся к чисто воздушному промежутку обмотка-ярмо. Прочность этого промежутка также может быть увеличена с помощью барьеров, конструктивно выполняемых в виде шайб. Шайбы целесообразно устанавливать на расстоянии 20-40 мм от торца обмотки. При наличии шайб рациональное соотношение Η/S уменьшается. При этом следует иметь 13 виду, что уменьшение размера любого из промежутков — Н или S — приводит к увеличению напряженностей (как максимальной, так и средней).
Допустимые воздействия промежутков главной изоляции при напряжении грозовых импульсов могут быть определены по коэффициенту импульса, равному 1,4.
Электрическая прочность воздушных промежутков между отводами и «отвод-плоскость» рассчитывается так же, как изоляция обмоток, по формулам 7.5 или 7.6 в зависимости от Кг.
Электрическая прочность промежутков продольной изоляции исследовалась на моделях изоляции между катушками непрерывных обмоток. При увеличении межкатушечного канала средние в канале пробивные напряженности уменьшаются, что характерно и для воздушной главной изоляции. Однако в отличие от главной изоляции пробивные максимальные напряженности в воздухе межкатушечной изоляции при наличии витковой изоляции или барьера не зависят от размера канала, по крайней мере в пределах от 4 до 10 мм. Очевидно, это объясняется значительно меньшей по сравнению с главной изоляцией неоднородностью поля в межкатушечных каналах вследствие их меньших размеров при одинаковых радиусах закругления: коэффициенты неоднородности поля в межкатушечных каналах не больше двух, а в главной изоляции от 3 до 4,5. Кроме того, витковая изоляция еще более уменьшает напряженность в воздухе, а барьеры уменьшают размеры межкатушечных каналов, увеличивая их прочность. Эти факторы сглаживают разницу в прочности межкатушечных каналов разных размеров. При отсутствии витковой изоляции и барьеров некоторый рост пробивных максимальных напряженностей с ростом ширины канала все же есть.

Витковая изоляция провода и барьер (в отдельности) повышают прочность по сравнению с чистым воздушным каналом примерно на 25-35%. При наличии и витковой изоляции и барьера повышение прочности составит не менее 50%.
Так же как при испытаниях моделей межкатушечной изоляции с масляными каналами, отличие поля в моделях от поля в трансформаторе вследствие влияния заземленных частей (ярма, кожуха, обмотки НН, потенциал которой также можно считать равным нулю), не учитывалось. Но коэффициент неоднородности поля в трансформаторе также невелик и мало отличается от указанного выше. Это позволяет считать, что данные по прочности, полученные на моделях межкатушечной изоляции, применимы для расчета прочности реальных обмоток (аналогично расчету прочности межкатушечной изоляции масляных трансформаторов). Прочность моделей определяется максимальной напряженностью в воздухе и может быть рассчитана для разных размеров канала от 0 до 10 мм и витковой изоляции по данным табл. 1.

Таблица 1
Допустимые максимальные напряженности воздушных каналов в продольной изоляции


Строение промежутка (размеры в мм)

Едап.макс при напряжении

Витковая
изоляция

Барьер в середине

1-мин. 50Гц, кВд/мм

ПГИ, кВм/мм

Без изоляции

Без барьера

1,5

3,2

То же

0,3-1,0

2,0

4,0

0,5-1,0

Без барьера

2,1

4,2

0,5-1,0

0,3-1,0

2,3

4,8

При каналах от 10 до 20 мм допустимые напряженности уменьшаются на 10%.
Выступ барьера за край обмотки должен быть не менее 2 мм и не более 6-кратной толщины барьера.
Допустимые напряжения межкатушечной изоляции при ПГИ представлены на рис. 4. Коэффициент импульса лежит в пределах 1,4—1,5.
Допустимые напряжения межкатушечной изоляции при полном грозовом импульсе
Рис. 4. Допустимые напряжения межкатушечной изоляции при полном грозовом импульсе. 1 - воздушные каналы, без витковой изоляции, 2 - воздушные каналы, с барьером толщиной 0,37 мм посередине, без витковой изоляции; 3 — воздушные каналы, с витковой изоляцией 0,5 мм

Электрическая прочность воздушных промежутков зависит от температуры. Приведенные выше значения допустимых воздействий соответствуют температуре 90°С; при расчете изоляции эти значения могут применяться без изменений до этой температуры включительно.
При измерении частичных разрядов для удовлетворения требований МЭК максимальная напряженность в воздухе не должна быть выше 1,5 кВ/мм.



 
« Электрическая прочность изоляции трансформатора   Электрическая прочность трансформаторных масел »
электрические сети