Особенно большое распространение литая изоляция получила в конструкциях трансформаторов тока и трансформаторов напряжения..
В настоящее время имеются конструкции трансформаторов тока с литой изоляцией почти всех известных форм и назначений: катушечные, опорные и проходные, шинные, внутренней и наружной установки и т. д.
Эти конструкции могут вытеснить старые конструкции трансформаторов тока с традиционной изоляцией — фарфоровой, бумажно-масляной и т. п.
На основе старейшей схемы катушечного трансформатора тока развилось несколько своеобразных конструкций трансформаторов тока с литой изоляцией.
На рис. 17-2 показаны схемы многовитковых опорных и проходных трансформаторов тока.
Трансформаторы тока этой конструкции состоят из первичной обмотки, которая часто бывает выполнена из ленточной меди, намотанной на ребро, вторичной, литой изоляции и сердечника, который набирается уже после изготовления отливки. В данной конструкции сердечник не покрыт изоляцией, однако, он может быть защищен эпоксидным или иным лаком. Существуют и конструкции, у которых сердечник покрыт слоем литой изоляции.
Как видно из рис. 17-2, первичная и вторичная обмотки в этой конструкции могут быть заготовлены машинным способом, а сердечник шихтуется вручную.
При классе изоляции 10 кВ толщина эпоксидной изоляции в зазоре между первичной и вторичной обмотками, а также между первичной обмоткой и сердечником, по-видимому, не должна быть меньше 10 мм. По конструктивным и технологическим соображениям толщина изоляции и в тех местах, где она электрически не напряжена, например, между вторичной катушкой и сердечником, должна быть также порядка 10 мм. При классе изоляции 35 кВ толщина изоляции принимается равной 15—20 мм.
Конструктивная толщина эпоксидного компаунда при заливке им металлических деталей зависит от толщины этих деталей; при более массивных деталях толщина компаунда берется большей.
Допустима двухкратная и даже многократная заливка в форме. Так, например, сначала заливают первичную обмотку (здесь можно обеспечить очень точную фиксацию), затем после частичного отверждения из формы вынимается внутренний вкладыш, на его место ставится вторичная катушка и все вместе заливается вновь. Такой способ, однако, является очень трудоемким, а потому обычно стараются производить заливку в один прием.
Рис. 17-3. Трансформатор тока типа ТКЛ-10 на 10 кВ с двумя сердечниками с литой изоляцией (Свердловский завод).
Свердловский завод серийно выпускает трансформаторы тока внутренней установки катушечного типа, подобные изображенным на рис. 17-2. На рис. 17-3 показан опорный трансформатор тока типа ТКЛ-10 на 10 кВ с двумя сердечниками с литой изоляцией производства указанного завода. Здесь сердечники расположены плашмя, что несколько уменьшает высоту трансформатора.
В трансформаторах тока катушечного типа с литой изоляцией, а также в некоторых других весьма компактных конструкциях трансформаторов с литой изоляцией, токоведущие и заземленные части аппарата оказываются в непосредственной близости. Они разделены слоем литой изоляции и более или менее тонким слоем воздуха, в котором при сравнительно низких напряжениях возникает корона. При дальнейшем повышении напряжения в этих местах начинаются частичные разряды.
С указанным явлением необходимо бороться путем исключения воздушных зазоров из электрического поля аппарата. Для этого область эпоксидной отливки, прилегающую к заземленным частям, покрывают проводящим лаком, составленным из эпоксидной смолы холодного схватывания и графита. Края этого проводящего слоя также должны быть защищены от коронирования. Проводящий слой заземляется.
При более высоких напряжениях корона и частичные разряды могут возникнуть также из-за осевого поля (с выводных концов первичной обмотки на заземленные части). Вследствие этого может возникнуть необходимость заливать в эпоксидную изоляцию около заземленных частей специальные заземленные экранирующие кольца.
Рис. 17-4. Одновитковый трансформатор тока с литой изоляцией на 20 кВ типа ТПОЛ-20 завода «Электроаппарат».
Перегрузка воздушных промежутков возможна не только на открытых частях аппарата. При напряжениях 20, 35 кВ и выше необходимо обращать внимание на наличие воздушных прослоек и близ залитых частей аппарата, например близ первичной обмотки, где также возможно развитие короны. Как указывалось выше, вокруг заливаемых обмоток создаются буферные прослойки из стеклянной ленты и т. д. Изготовленные, как правило, из пористого материала, они являются одновременно и воздушной прослойкой. При более высоких напряжениях эти буферные прослойки необходимо экранировать фольгой и на последнюю надежно подавать потенциал данного электрода. Эта дополнительная работа оказывается довольно трудоемкой и кропотливой, тем не менее она необходима.
Следует учитывать также возможность развития скользящих разрядов с внешней арматуры, если она плотно прилегает к литой изоляции или залита в нее. Борьба со скользящими разрядами заключается в экранировании арматуры проводящим слоем с образованием на краю этого слоя барьера (козырька).
Одновитковые трансформаторы тока на основе литой изоляции обычно изготовляются с одним-двумя круглыми ленточными сердечниками, полностью залитыми в монолитный блок с первичной обмоткой. Технология их изготовления оказывается проще, чем для трансформаторов катушечной группы, так как первичная обмотка (медный стержень или труба) естественным образом надежно фиксируется в форме. Для фиксации сердечников обычно применяют специальные стальные держатели с лапками; последние закрепляются в форме.
Практика показала, что заливка одновитковых трансформаторов тока совместно с фланцем является неоправданной, так как эпоксидный компаунд при усадке отстает от любого внешнего фланца (и сжимает залитые внутрь детали). Поэтому фланец приходится прикреплять отдельно к уже готовому, отлитому блоку первичной и вторич ных обмоток трансформатора тока.
Рис. 17-5. Детали одновиткового трансформатора тока на 20 кВ типа ТПОЛ-20, заложенные в форму и подготовленные к заливке.
На рис. 17-4 показан одновитковый трансформатор тока с двумя кольцевыми ленточными сердечниками на 20 кВ типа ТПОЛ-20 (завода «Электроаппарат»), а рис. 17-5 поясняет способ фиксации деталей этого трансформатора в форме перед заливкой (часть формы снята).
Рис. 17-6. Трансформаторы тока с литой изоляцией.
1 — типа ТШЛЗ на 3 кВ; 2 — типа ТЛНО-35 на 35 кВ; 3 — типа ТПОЛ-35 на 35 кВ (завод «Электроаппарат»).
Рис. 17-7. Трансформатор напряжения на 60 кВ (Мозер— Глязер).
На рис. 17-6 изображено несколько конструкций трансформаторов тока, разработанных на заводе «Электроаппарат». Здесь наряду с проходным одновитковым трансформатором тока внутренней установки на 35 кВ типа ТПОЛ-35 (внизу) показаны шинные трансформаторы тока на 3 кВ (с боков) и Т-образный одновитковый опорный трансформатор тока с тремя сердечниками на 35 кВ типа ТЛНО-35 для наружной установки.
Последняя конструкция представляет особенный интерес. Несмотря на отсутствие ребер, этот трансформатор тока благодаря целесообразной внешней конфигурации аппарата, успешно выдержал высоковольтные испытания под дождем: его мокроразрядное напряжение оказалось значительно выше нормированного.
При очень высоких напряжениях, к которым уже начинает переходить техника литой изоляции, оказывается необходимым продольное регулирование распределения напряжения.
По данным Имгофа [Л. 17-1], в этом направлении уже достигнуты успехи (путем создания конденсаторной изоляции), хотя градирование получается довольно грубоступенчатым.
Важным является вопрос о пригодности эпоксидной изоляции для аппаратов наружной установки, т. е. о погодоустойчивости этой изоляции.
В состоянии поставки трансформаторы тока (и другие аппараты) с эпоксидной литой изоляцией показывают хорошую погодоустойчивость. Однако после длительной эксплуатации трансформаторов тока с литой изоляцией под открытым небом, в особенности в местах с загрязненным воздухом, оказалось, что на поверхности литой изоляции (главным образом на горизонтальных поверхностях) оседают проводящие осадки, по которым идут повышенные токи утечки и возможно развитие разряда.
Это дало повод швейцарским фирмам применить специальные фарфоровые зонты (юбки), приклеиваемые к отливкам из эпоксидного компаунда, когда они предназначались для наружной установки.
Однако в настоящее время эти фирмы перешли к конструкциям литых трансформаторов тока наружной установки без зонта; при этом применяют изделия специальной конфигурации (отсутствие горизонтальных поверхностей, отсутствие ребер, задерживающих грязь), а также специальную обработку поверхности [Л. 17-1].
Конструкции трансформаторов напряжения с литой изоляцией развивались одновременно с конструкциями трансформаторов тока и имеют сходное устройство изоляции; они выпускаются серийно швейцарскими предприятиями Мозер—Глязер, английскими — Рейролл и рядом других на напряжения 10—60 кВ. Пример такого трансформатора напряжения на 60 кВ фирмы Мозер — Глязер приведен на рис. 17-7. В литературе сообщается о каскадных трансформаторах напряжения, составляемых из элементов с литой изоляцией по 75 кВ; при двух ступенях они предназначаются для 150 кВ, при трех — для 225 кВ. Выходные мощности в классе 0,5 соответственно равны при этом 600 ВА, 400 ВА и 250 ВА.
Сообщается также о литом трансформаторе напряжения на 110 кВ в одной единице разработки АЕГ.
17-6. Использование литой изоляции в других высоковольтных аппаратах
Широкое применение литой изоляции в конструкциях трансформаторов тока, отмеченное выше, обусловлено особенными конструктивными и технологическими выгодами, которые можно получить именно на этом виде аппаратуры при переходе к литой изоляции. Однако возможно, что недостаточное использование литой изоляции для других видов аппаратуры объясняется исторически случайными причинами и в дальнейшем можно ожидать возрастающего применения ее в конструкциях выключателей, разъединителей, разрядников и других аппаратов.
Так, фирма Эрликон (Швейцария) разработала серию маломасляных настенных выключателей типа VS на 10, 20 и 30 кВ внутренней установки, в которых гасительная камера и вся внешняя изоляция отлиты из эпоксидного компаунда («Орлит») [Л. 17-4]. Особенностью конструкции является овальная форма гасительной камеры, что, с одной стороны, выгодно для дугогашения, а с другой стороны, технологически несложно ввиду изготовления камеры методом литья. Соответственно, главные изоляционные цилиндры выключателя также имеют овальную форму, приспособленную к форме гасительных камер. Эта форма позволяет значительно сократить ширину настенного выключателя. Применение литой изоляции в новых конструкциях выключателей дает новые конструктивные возможности. Однако и на многих уже существующих конструкциях выключателей (особенно маломасляных) было бы выгодно заменить старые гасительные камеры, изготовленные методом сборки, на литые гасительные камеры из эпоксидного компаунда. Самая монолитность изделия должна во много раз повысить механическую прочность камеры, а она в значительной степени определяет отключающую способность выключателя.
Предприятиями Эрликон, Гарди и другими выпускаются серии опорных изоляторов, целиком отлитых из эпоксидного компаунда, с залитыми внутрь металлическими резьбовыми буксами для крепления [Л. 17-5], [Л. 17-4]. Так, фирмой Гарди изготовляются опорные изоляторы на напряжения от 1 до 60 кВ. типа «Монолит» [Л. 17-4]. Имеется ряд классов этих изоляторов по прочности на изгиб, именно: 400 кГ, 750 кГ, 1250 кГ, 1350 кГ и 2000 кГ.
Изготовители подчеркивают преимущества эпоксидных опорных изоляторов: высокую точность размеров и поэтому полную взаимозаменяемость, малые габариты, высокую ударную прочность, высокую стойкость по отношению к токам утечки и дугостойкости.
Следует отметить серию вентильных разрядников, разработанных фирмой Эрликон [Л. 17-5], в которых искровые промежутки залиты в монолитные блоки из эпоксидного компаунда и помещены внутрь нелинейных сопротивлений кольцевой формы. Это позволяет снизить высоту разрядников вдвое по сравнению с их обычной конструкцией.
Эпоксидные смолы могут найти большое применение не только как литьевой материал, но также и как клеющее вещество. Как в СССР, так и за границей широко применяется склейка крупногабаритных фарфоровых изоляторов (покрышек) из отдельных, полностью обожженных, звеньев меньшего размера [Л. 17-6, 15-8]. Это позволяет изготовлять самые крупные изоляторы (по звеньям) самыми передовыми технологическими методами (в туннельных печах), что резко снижает их себестоимость и одновременно повышает качество (однородность характеристик, отсутствие внутренних напряжений, малый разброс по размерам, отсутствие перекосов и т. д.).
Склейка получается весьма надежной (при испытании по большей части разрушается фарфор, а не место склейки).
Можно было бы привести еще ряд примеров удачного применения эпоксидных смол в конструкциях аппаратов и устройств высокого напряжения. Несомненно, что при расширении производства эпоксидной смолы и снижении ее стоимости, применение этого вида изоляции во много раз возрастет и области ее применения станут еще многообразнее.
Для более успешного использования эпоксидных смол в области высоковольтного аппаратостроения необходимо разрешение следующих еще не решенных или не полностью решенных важнейших проблем.
- Уменьшение и полное устранение токсичности смол и, в особенности, их отвердителей.
- Разработка методов точного регулирования срока жизни и срока отверждения литьевых смол, в особенности смол горячего отверждения. Повышение срока жизни смол горячего отверждения.
- Повышение жидкотекучести смол.
- Ликвидация явлений, связанных с усадкой и большим коэффициентом температурного расширения смол.
