Для силовых трансформаторов малой мощности напряжением до 35 кВ применяются в основном обмотки цилиндрические двухслойные или многослойные.
Обмотки выполняются спирально в несколько слоев на бумажно-бакелитовый цилиндр. Между некоторыми слоями делают масляные каналы. Большое распространение имеют непрерывные катушечные обмотки. Каждый виток состоит из двух-трех параллельных проводов. Катушка собирается из двух-трех десятков витков. Между катушками для изоляции и охлаждения делают масляные каналы. Переходы между катушками располагают поочередно с внутренней и внешней стороны обмотки. Такая обмотка применяется для трансформаторов напряжением 110 кВ и выше, а также для трансформаторов большой мощности напряжением 3—6 кВ. Если непрерывную обмотку трудно собрать, то применяют дисковую, состоящую из ряда отдельно намотанных катушек.
Рис. 1. Основные конструкции обмоток:
а - цилиндрическая слоевая: б - катушечная непрерывная; в дисковая; 1.2.3.4... номера каналов между дисками
Рис. 2. Классификация изоляции трансформаторов
Изоляция трансформаторов подразделяется на внутреннюю (изоляция внутри бака) и внешнюю (воздушные промежутки на вводах, между вводами и баком трансформатора и между самими вводами). Изоляция внутри ввода выделяется отдельно. На рис. 2 показана классификация изоляции трансформаторов. Внутренняя изоляция делится на изоляцию обмоток и изоляцию отводов, в которую включается и изоляция переключателей. Изоляция обмоток, в свою очередь, подразделяется на главную и продольную. Главная изоляция защищает обмотки друг от друга и от заземленных частей. Продольная изоляция изолирует отдельные участки одной и той же обмотки (изоляция между витками, катушками, слоями и т. д.).
Под действием напряжения в трансформаторе происходит сложный электромагнитный процесс, который приводит к местным перенапряжениям на изоляции между катушками, между обмотками и изоляцией обмоток относительно заземленных частей. Основой для выбора изоляционных расстояний служит расчет перенапряжений в обмотках. Уменьшить влияние перенапряжений на главную и продольную изоляцию трансформатора можно путем рациональной конструкции обмоток и введением в конструкцию изоляции специальных устройств (экранирующие кольца, компенсирующие экраны и т. п.).
Класс изоляции обмоток трансформатора определяет не только конструкция изоляции, изоляционные расстояния, качество изоляционных материалов, но и технология обработки изоляции (сушка, вакуумирование, пропитка сухим дегазированным трансформаторным маслом). В качестве твердой изоляции применяются: материалы, изготовленные на основе целлюлозы (электротехнический картон, кабельная бумага и т. п.); текстолит; стеклолента; фарфор и др. Жидкой изоляцией является трансформаторное масло.
Токоведущие части масляных трансформаторов (обмотки, переключатели ступеней напряжения, отводы из обмотки вводов, соединительные провода) находятся в баке, залитом трансформаторным маслом. Главная изоляция включает в себя масляные каналы и барьеры изолирующих цилиндров. Благодаря тому что барьеры препятствуют образованию проводящих мостиков в масле, электрическая
прочность изоляционной конструкции значительно повышается.
Рис. 3. Бумажно-масляная изоляция силового трансформатора высокого напряжения:
1 — стержень магнитопровода; 2 - обмотка низкого напряжения: 3— бумажно-бакелитовый цилиндр; 4 обмотка высокого напряжении: 5— отвод бумажного цилиндра: 6 прокладка между отводами
Рис. 4. Конструкция изоляции трехобмоточного автотрансформатора 500 кВ
Так как на концах обмотки электрическое поле неоднородно, то создается опасность поверхностного разряда по барьеру. Поэтому изолирующие цилиндры выпускают за края обмоток. Для класса изоляции 110 кВ и выше изолирующие цилиндры дополняют угловыми шайбами. Продольная изоляция для трансформаторов 110 кВ и выше состоит из изоляции, покрывающей провода и катушки, а также масляных каналов между катушками. Обмотки имеют компенсирующие экраны.
Обмотка трансформатора напряжением 500 кВ имеет петлевую конструкцию, и в этом случае отпадает необходимость устанавливать компенсирующие экраны. Угловые шайбы устанавливаются между обмотками и на внешней стороне.
Маслобарьерная изоляция допускает применять рабочее напряжение 1—2 кВ/см. Схема такой изоляции показана на рис. 4.
Значительно большее рабочее напряжение допускается при бумажно-масляной изоляции. Трудность выполнения изоляции этого типа заключается в том, что бумага должна плотно прилегать к катушкам. При наличии больших зазоров между катушкой и бумагой электрическая прочность изоляции резко снижается.
Как уже указывалось выше, во время работы трансформатора изоляция стареет. Окисление и увлажнение трансформаторного масла, увлажнение твердой изоляции приводят к ухудшению их первоначальных свойств. Влага в изоляцию трансформатора может проникнуть извне или образоваться внутри самого трансформатора в результате окисления трансформаторного масла. Во вновь изготовленных трансформаторах после сушки содержание влаги и твердой изоляции не должно превышать 0,5% массы изоляции. После 10—15 лет эксплуатации это значение может достигнуть 1% и более, но не должно превышать 4—5%. В зависимости от размеров трансформатора и условий эксплуатации рост влагосодержания в год колеблется от 0,1 до 0,3%.
Так как изоляция трансформаторов гигроскопична и может увлажниться при разгерметизации трансформаторов во время их монтажа, то для предупреждения этого в течение всего времени разгерметизации в бак трансформатора подается глубоко осушенный воздух с точкой росы не выше — 50° С. Осушка и подача воздуха производится установкой «Суховей» (разработана трестом «Электроюжмонтаж»). Принцип работы установки следующий: сжатый воздух (0,6—0,8 МПа) проходит через влагоотделитель (предварительная сушка) и затем через адсорберы (окончательная сушка).
Рис. 5. Схема установки «Суховей»:
1(1). 1(3) - заглушки. 2 влагомаслоотделитель; 3(1). 3(2) термометры со шкалой на 160° С -.4(1)—4(3) — манометры; 5(1) —5(5) — вентили запорного типа мм;
6— двухходовой кран; 7(1). 7(2) — термометры со шкалой на 400° С; 8(1). 8(2) — адсорберы; 9— воздухоподогреватель; 10 — термометр манометрический; 11 - фильтр; 12 — прибор измерения влажности выходящего воздуха; 13 — предохранительный клапан; 14- вентиль запорный Ду=15 мм.
На рис. 5 показана принципиальная схема установки «Суховей». Требуемая степень осушки воздуха обеспечивается в течение не менее 10 ч при работе одного адсорбера без подогрева воздуха. Одновременно следует готовить второй адсорбер к работе. Для этого часть сухого воздуха направляется во второй адсорбер. После осушки отключают нагреватель и охлаждают цеолиты, затем меняют режим работы. Такое последовательное чередование режимов обеспечивает длительную работу установки. Переключения производятся при помощи вентилей вручную. Точка росы воздуха на выходе из установки определяется прибором ВИГ-2Н (разработан производственным объединением «Запорожтрансформатор»). Воздух в приборе направляется на полированную металлическую пластинку и выходит через отверстие в смотровом стекле. Пластина охлаждается сжатым углекислым газом, который подается внутрь прибора. Температуру понижают до тех пор, пока на поверхности пластины не появится роса. Температура пластины в момент выпадения росы является точкой росы выходящего из установки воздуха. Схема прибора показана на рис. 6.
При разгерметизации трансформатора температура активной части его должна быть не ниже +10° С, причем при полной разгерметизации температура активной части должна превышать температуру росы окружающей среды не менее чем на 10 ° С и при частичной — не менее чем на 5° С. Открывать заглушки трансформатора нельзя, если относительная влажность окружающей среды будет больше 85%.
Рис. 6 Прибор для измерения точки росы воздуха:
1 — штуцер для ввода испытуемого воздуха (газа); 2 — смотровое окно (стекло); 3 — полированная пластина; 4 — штуцер для подачи сжатого углекислого газа; 5 — латунный цилиндр; 6 — корпус; 7 — отверстие для выхода углекислого газа; 8 — термометр; 9 — ацетон; 10 — отверстие для выхода испытуемого воздуха (газа).
