Для витковой изоляции решающим является воздействие импульсных напряжений, которые при большой крутизне волны создают высокие градиенты напряжения вдоль обмотки, иначе говоря, большие междувитковые напряжения. При промышленной частоте междувитковые напряжения в ТН очень малы по сравнению с таковыми при импульсах — они не превосходят нескольких десятков вольт на виток. Между тем при импульсах вследствие неравномерного распределения напряжения вдоль обмотки на входные витки ложится значительная доля напряжения, измеряемая иногда многими киловольтами. Возникает опасность между виткового пробоя, который представляет для ТН серьезную аварию. Поэтому витковая изоляция ТН требует большого внимания.
Конструктивно ТН на напряжение до 35 кВ и на напряжение 110 кВ и более существенно отличаются и их изоляцию следует рассмотреть отдельно.
В сухих ТН на напряжение не выше 3 кВ витковая изоляция выполняется в виде обмотки хлопчатобумажной пряжей. Такая изоляция с точки зрения электрической прочности эквивалентна воздушной изоляции. Она играет роль только как механический барьер, отделяющий медь витков друг от друга. Пробивное напряжение между витками обмотки в данном случае можно определить по формуле пробивного напряжения между двумя параллельными проводами, а именно:
Рис. 16-1. Зависимость пробивного напряжения гетинакса от времени (данные Хандрека).
Рис. 16-2. Зависимость электрической прочности вдоль слоев гетинакса от длины (данные Корицкого).
где Епр — пробивной градиент воздуха при 50 Гц, определяемый равенством, r — радиус проводника, d = 2r, s — расстояние между осями проводников.
(16-2)
Расчеты по этим формулам совпадают с результатами опытного определения междувитковой прочности [Л. 15-1].
При этом надо иметь в виду, что при намотке катушек изоляция может сминаться, следовательно, действительная толщина изоляции будет меньше расчетной, что приведет к уменьшению пробивного напряжения. Уменьшение может достигать 20—30% и более.
Так как нас интересует междувитковая прочность изоляции при импульсах, необходимо выяснить величину коэффициента импульса в этих условиях. Данные по этому вопросу очень скудны. Из опытов Е. В. Калинина [Л. 15-1] можно вывести, что этот коэффициент немного больше единицы (1,1—1,2). На рис. 16-4 приведена вольт-секундная характеристика для случая пробоя в воздухе между двумя параллельными проводами марки ПБОО диаметром 1,81 мм.
Так как при 50 Гц пробивное напряжение такого устройства было равно 2,05 кВ, то коэффициент импульса оказывается приблизительно равным 1,15.
При расчете междувитковой прочности по формулам (16-1) и (16-2) необходимо принимать во внимание, что ТН могут быть установлены на высоте до 1000 м. Поэтому следует учитывать соответствующее уменьшение относительной плотности воздуха. На высоте 1000 м относительную плотность воздуха можно принимать равной 0,89. _
ТН на напряжение 6 кВ и выше изготовляются обычно масляными. Расчет пробивного напряжения в этом случае можно производить по уравнению (16-1), вводя в него соответствующую пробивную прочность масла Епр. К сожалению, надежных данных о пробивных напряжениях между параллельными цилиндрами малых диаметров очень мало. По данным ВЭИ [Л. 16-1], при малых расстояниях между электродами (порядка немногих миллиметров) пробивное напряжение почти не зависит от диаметра цилиндров, но зависит от расстояния между ними. Результаты расчета по кривым, приведенным в [Л. 16-1], значительно превышают данные Е. В. Калинина [Л. 15-1], поэтому пользоваться данными ВЭИ нельзя. Можно думать, что влияние хлопчатобумажной обмотки снижает прочность масла между проводниками. К тому же приводит смятие изоляции.
Если воспользоваться данными Е. В. Калинина, то можно определить коэффициент импульса при пробое между изолированными витками. Он лежит в пределах 2,7—2,9. Вводя коэффициент импульса, равный 2,7, и определяя пробивной градиент по уравнению (16-2), можно, по-видимому, получить близкие к действительности результаты, если учесть, что электрическая прочность масла при 50 Гц примерно в 2 раза больше электрической прочности воздуха.
ТН на 110 кВ и выше выполняются в виде каскадных. В этих трансформаторах принимаются специальные меры для выравнивания напряжения как при промышленной частоте, так и при импульсах. Поэтому, несмотря на более высокое номинальное напряжение, междувитковые напряжения при импульсах в этих ТН могут быть такого же порядка, как, например, в ТН на 35 кВ, и междувитковая изоляция у них может быть достаточно легкой. Практически в этих ТН применяется провод с эмалевой изоляцией.
