ГЛАВА ШЕСТНАДЦАТАЯ
РАСЧЕТ ИЗОЛЯЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ И РЕАКТОРОВ
1. Требования к изоляции трансформаторов напряжения
Требования к изоляции трансформаторов напряжения (в дальнейшем для краткости мы будем писать ТН) можно сформулировать таким образом.
- Изоляция ТН должна практически неограниченно долго выдерживать воздействие рабочего напряжения при наибольшей температуре окружающего воздуха соответственно ГОСТ или специальным техническим условиям.
- Изоляция ТН должна длительно выдерживать воздействие напряжения, превышающего на 10% его номинальное напряжение, при наибольшей температуре окружающего воздуха соответственно ГОСТ или специальным техническим условиям (ГОСТ 1983-43).
- Изоляция ТН должна выдерживать испытательное напряжение в соответствии с ГОСТ или специальными техническими условиями.
- Внутренняя изоляция ТН должна иметь достаточный запас электрической прочности для того, чтобы не повреждаться при воздействии сухоразрядного напряжения внешней изоляции.
- Изоляция ТН должна выдерживать воздействие импульсных напряжений как при полной, так и при срезанной волне, в соответствии с ГОСТ или специальными техническими условиями.
- Старение изоляции под действием напряжения и рабочей температуры должно быть мало. Это требование не конкретно, но, к сожалению, более точные требования в этом отношении еще не выработаны.
Мы перечислили наиболее важные требования. Не будем останавливаться на более мелких, таких, например, как вопросы изоляции вторичной обмотки и пр.
2. Виды изоляции и применяемые материалы
Различают два существенно различных вида изоляции ТН:
- главная изоляция, т. е. изоляция обмоток от сердечника, ярма и бака, если он выполнен из стали, а также изоляция обмоток высокого и низкого напряжения друг от друга;
- витковая изоляция, т. е. изоляция между витками катушек.
Можно различать еще изоляцию между катушками.
Эти виды изоляции работают в различных, условиях с точки зрения воздействующих на них напряжений, а потому и предъявляемые к ним требования различны.
Для главной изоляции применяются в основном следующие материалы: масло, элефантид, электрокартон, гетинакс, дерево, воздух. Основной изоляцией в большинстве случаев является масло. Большую роль играет также гетинакс, из которого изготовляются изолирующие цилиндры между обмотками высокого и низкого напряжений. В качестве опорной изоляции в каскадных ТН употребляются гетинаксовые стержни (стойки). Дерево применяется главным образом для распорок. В ТН на напряжения до 3 кВ изоляцией служит также воздух.
Особо следует отметить, что в качестве изоляции ТН начинают применять эпоксидные смолы (см. гл. 17).
Для витковой изоляции используют пропитанную маслом бумажную пряжу (обмотка проводников) или обмотку проводников бумажной лентой, которая потом пропитывается маслом, а также эмалевую изоляцию. Эпоксидные смолы применяются для главной и для витковой изоляции, которая в процессе заливки ТН эпоксидной смолой пропитывает и изоляцию витков.
В некоторых случаях употребляют стекловолокно, пропитанное кремний-органическими лаками.
Следует относиться с большой осторожностью к данным об электрической прочности различных видов изоляции, даваемых в справочниках. Эти данные соответствуют свежей изоляции, испытываемой в лабораториях, обычно в тонких образцах при кратковременном (1 или 5 мин) воздействии напряжения и не учитывают старение изоляции, которое иногда может существенно уменьшить ее прочность, а также снижение электрической прочности при длительном действии напряжения. Кроме того, в справочниках всегда даются средние значения электрической прочности, в то время как конструктора должны интересовать минимальные значения этой прочности. Учитывая некоторую неоднородность материала, допуски, возможность некоторых повреждений в производстве, для этих минимальных значений приходится вводить запас. В результате расчетная электрическая прочность материала может оказаться много меньше (в 3—4 раза) средней, полученной при лабораторных испытаниях образцов.
Конечно, не все виды применяемой в ТН изоляции дают такое большое снижение электрической прочности. Однако и такой широко применяемый материал, как гетинакс, дает очень значительную зависимость пробивного напряжения от времени действия напряжения (рис. 16-1).
Следует заметить, впрочем, что при очень малых временах воздействия напряжения прочность бакелитобумажной изоляции быстро растет, следовательно, она должна хорошо работать при импульсах. Это видно из рис. 11-11.
Рис. 16-3. Зависимость электрической прочности вдоль слоев гетинакса от температуры (данные Корицкого).
Приведенные данные о прочности изоляции типа гетинакса относятся к пробою перпендикулярно слоям бакелизированной бумаги. Прочность вдоль слоев бумаги значительно ниже, особенно при больших расстояниях между электродами (рис. 16-2).
Это обстоятельство очень важно в каскадных ТН, где применяются длинные гетинаксовые стойки. Отметим еще большую зависимость электрической прочности гетинакса от температуры (рис. 16-3).
Данные рис. 16-2 и 16-3 относятся к пятиминутному испытанию под трансформаторным маслом.
Электрическая прочность эпоксидных смол изучена пока недостаточно. При толщине слоя смолы порядка 1 мм ее электрическая прочность, по-видимому, достигает 250 кВ/см.
Данные об электрической прочности воздуха и масла приведены в гл. 2, 3, 4.
