Выбор изоляции между обмотками трансформатора

Изоляция в средней части обмоток

В настоящее время в отечественной практике главная изоляция мощных силовых трансформаторов изготавливается маслобарьерной. Этот тип главной изоляции надежен, он проверен многолетним опытом эксплуатации.
В маслобарьерной изоляции наиболее нагруженными каналами являются каналы, примыкающие к обмоткам, т.к. именно в них следует ожидать значительного увеличения напряженности поля за счет неоднородности, вносимой элементами конструкции обмотки (межкатушечные каналы, рейки, дистанцирующие изоляционные цилиндры и т.д.).
Эта гипотеза была принята за основу при разработке методики оценки электрической прочности главной маслобарьерной изоляции, и апробирована путем испытания моделей маслобарьерной изоляции.
Было исследовано влияние основных конструктивных факторов на электрическую прочность первого масляного канала, а именно, ширины канала, формы элементов, дистанцирующих цилиндр, размера межкатушечного канала, толщины изоляции провода, наличия осевого поля обмотки, а также вида воздействующего напряжения.
Результат исследований показали существенную зависимость величины пробивной напряженности электрического поля ближайшего к обмотке масляного канала от его ширины; заметное влияние на электрическую прочность канала оказывает способ дистанцирования ближайшего к обмотке цилиндра — прошивная рейка (конструкция «А», рис. 1) или упирающиеся в цилиндр прокладки (конструкция «Б», рис. 1).
Аналитически зависимости при одноминутном воздействии напряжения промышленной частоты могут быть выражены следующим образом:
— для конструкции типа «А», обеспечивающей отсутствие касания прокладок с поверхностью изоляционного цилиндра (барьера)
— для конструкции типа «Б» дистанцирование цилиндра с помощью прокладок, упирающихся в цилиндр независимо от их формы).

Рис. 1. Конструкция узла дистанцирования цилиндра от обмотки трансформатора: А — с прошивной рейкой; Б — с упирающейся в цилиндр прокладкой; 1  — обмотка ВН; 2— цилиндр; 3 — прокладка; 4 — рейка.

При исследовании электрической прочности моделей маслобарьерной изоляции при воздействии одноминутного напряжения промышленной частоты рассматривался вопрос о влиянии межкатушечного канала у обмотки. Результаты проведения экспериментов показали, что существенного снижения электрической прочности радиального канала не происходит. Так при увеличении размера осевого канала от 10 до 30 мм снижение электрической прочности радиального канала оставляет 10%. Большинство работ по определению зависимости электрической прочности масляного канала от его ширины проводилось с катушками, толщина изоляции провода которых оставляла 0,7 мм на сторону. Увеличение толщины твердой изоляции провода до 2,2 мм приводит к увеличению пробивной напряженности масляного канала на 10%. Это влияние обусловлено, по-видимому, увеличением степени однородности поля в масляном канале.
Исследования на моделях показали также, что электрическая прочность масляных каналов, расположенных между цилиндрами, также зависит от их ширины и, кроме того, существенно выше, не менее чем в 1,5 раза, чем электрическая прочность масляных каналов тех же размеров, но расположенных у обмотки. Этот результат дает основание сделать следующий практический вывод: если масляный канал у обмотки при конструировании маслобарьерной изоляции целесообразно выполнить наименьшим, ограничиваясь только технологическими требованиями и условиями обеспечения охлаждения обмотки, то масляный канал между цилиндрами следует выбирать больших размеров и руководствоваться при этом можно лишь конструктивными соображениями.
По результатам испытаний при импульсном воздействии стандартной волны 1,2/50 мкс были получены зависимости минимальной пробивной напряженности поля от ширины масляного канала.

Увеличение толщины изоляции провода от 0,7 мм до 2,2 мм при грозовом импульсе сказывается на электрической прочности канала меньше, чем при одноминутном воздействии напряжения промышленной частоты, а именно, электрическая прочность увеличивается всего на 5 %.
При сопоставлении зависимостей Емин пр = = f(S), полученных при одноминутном воздействии напряжения 50 Гц и полного грозового импульса нетрудно заметить, что при воздействии грозового импульса влияние ширины примыкающего к обмотке канала на его электрическую прочность несколько меньше, чем при воздействии напряжения 50 Гц. Так при изменении ширины канала от 24 до 10 мм электрическая прочность при грозовом импульсе возрастает на 30%, в тоже время это увеличение при 50 Гц составляет 40%.
Электрическая прочность каналов между цилиндрами маслобарьерной изоляции выше, чем каналов, прилегающих к обмотке при грозовом импульсе не менее чем в 1,5 раза.
Различие между пробивными напряженностями масляных каналов для конструкций дистанцирования цилиндра А и Б при импульсных воздействиях несколько меньше, особенно в области малых каналов. Если при воздействии 50 Гц соотношение по минимальной пробивной напряженности поля между различными конструкциями при ширине канала у обмотки 10 мм равно 1,18, то при грозовом импульсе это же соотношение равно 1,10.
Исследования электрической прочности главной изоляции при коммутационных перенапряжениях проводилось при двух видах воздействий: униполярного импульса 600/ 1600 мкс, который эквивалентен воздействию основного пика коммутационных перенапряжений с частотой порядка 250 Гц, и напряжения промышленной частоты, линейно нарастающего от нуля до наибольшего значения в течение 0,4 с.

При воздействии апериодического импульса 600/1600 мкс коэффициенты А и В при системе дистанцирования А принимают следующие значения А = 56, В = 115; при кратковременном воздействии напряжения промышленной частоты нарастающего линейно от нуля до максимального значения за 0,4 с А = 41, В = 107.
Эти зависимости служат основой для оценки электрической прочности главной изоляции в середине обмотки при воздействии коммутационного импульса.
В приведенных ниже таблицах 1 и 2 отражено влияние ширины масляного канала и системы дистанцирования ближайшего к обмотке канала на электрическую прочность маслобарьерной изоляции и коэффициенты импульса при различных видах воздействующего напряжения.

Таблица 1. Влияние ширины масляного канала и системы дистанцирования ближайшего к обмотке цилиндра на электрическую прочность маслобарьерной изоляции

Таблица 2. Значения коэффициентов импульса и коэффициентов эквивалентности