Для трансформаторов на классы напряжения 110; 150; 220; 330; 500 и 750 кВ и номинальные токи 630— 3200 А применяются высоковольтные вводы с бумажно-масляной внутренней изоляцией и, кроме того, для классов напряжения 110 и 220 кВ и токи до 12000 А — с твердой изоляцией. Существует старая конструкция вводов с маслобарьерной внутренней изоляцией, которая сейчас практически не применяется. Эта изоляция состоит из промежутка между токоведущей трубой и внутренней поверхностью фарфорового изолятора, заполненного трансформаторным маслом и разделенного на слои бумажно-бакелитовыми цилиндрами. Вводы с такой внутренней изоляцией имеют относительно большие размеры и массу.
Бумажно-масляная внутренняя изоляция состоит из пропитанной трансформаторным маслом кабельной бумаги марки К-120 или КВ-120 толщиной 120 мкм, разделенной на слои обкладками из проводящего или полупроводящего материала. Вводы с такой внутренней изоляцией имеют значительно меньшие размеры и массу по сравнению с вводами с маслобарьерной изоляцией. Бумага для изоляции выбирается с учетом минимального содержания в ней золы, так как в противном случае диэлектрические потери бумаги с повышением температуры увеличиваются. Для улучшения диэлектрических характеристик изоляционного масла и повышения его стабильности из него должны быть удалены ароматические углеводороды и смолистые вещества. Наличие жидкого изоляционного масла позволяет почти полностью удалить пузырьки газа из изоляции. Циркуляция масла во вводе улучшает условия охлаждения изоляции. Бумажно-масляную изоляцию для получения необходимых характеристик сушат тар и высоком вакууме; ее пропитку также производят при высоком вакууме.
Вводы с твердой изоляцией, так же как и с бумажно-масляной, имеют меньшие (размеры и массу по сравнению с вводами с маслобарьерной изоляцией. Изоляция вводов выполняется из пропитанной синтетическими смолами бумаги толщиной 50 мкм и фенольно-эпоксидного лака. Такие вводы изготовляют обычно с укороченной нижней частью (без нижней фарфоровой покрышки), находящейся в баке трансформатора.
При высоких напряжениях, когда имеют большое значение тепловые потери ввода, пропитанная маслом бумага во вводах с бумажно-масляной изоляцией имеет перед бумагой, пропитанной синтетической смолой во вводах с твердой изоляцией, преимущества (меньшая диэлектрическая проницаемость и меньшие потери в диэлектрике, особенно при высоких температурах). Поэтому диэлектрические потери ввода с бумажно-масляной изоляцией примерно в 3 раза меньше, чем у ввода с твердой изоляцией таких же размеров, и нецелесообразно на напряжения выше 220 кВ применять вводы с твердой изоляцией. На напряжении 110—220 кВ применение вводов с твердой изоляцией желательно благодаря их высокой механической прочности и простоте конструкции.
Таким образом, теперь в России наибольшее распространение имеют вводы с бумажно-масляной изоляцией. Способ намотки узкой бумажной ленты по винтовой линии вполнахлеста позволил изготовлять вводы любых размеров на все применяемые в стране напряжения.
Вводы на высокие напряжения представляют собой самостоятельное изделие. Они предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от —45 до + 40°С и высоте установки над уровнем моря не более 1000 м для вводов на напряжения 110—330 кВ и не более 500 м для вводов на напряжения 500 кВ и выше.
Рис. 1. Негерметичный ввод ВН конденсаторного типа.
1 — центральный токоведущий стержень (труба): 2 — изоляционный остов: 3— верхняя фарфоровая покрышка; 4 — то же нижняя; 5 - стальная соединительная втулка; 6 — вывод для измерения: 7 — расширитель; 8 — маслоуказатель; 9 — контактный наконечник; 10— нижний экран; 11 — рым-болт для подъема ввода.
Вводы изготовляются как нормального исполнения (категория А по ГОСТ 9920-75), так и усиленного (категория Б) для эксплуатации в районах с повышенной загрязненностью атмосферы. Вводы можно устанавливать на трансформаторах вертикально, под углом 15; 30 или 45° к вертикали и 15° к горизонтали.
Трансформаторное масло, применяемое во вводах, должно быть стабилизированным. Его пробивное напряжение должно быть не ниже 40 кВ для вводов на напряжения 110—220 кВ и 50 кВ для вводов на напряжения 330—500 кВ.
Вводы изготовляются в двух исполнениях: негерметичном (старые конструкции), в котором масло имеет ограниченное сообщение с воздухом, и герметичном, в котором масло полностью изолировано от воздуха. В небольшом количестве выпускается новая конструкция вводов на напряжения до 150 кВ включительно, имеющая общую масляную систему с трансформатором (маслоподпорные вводы). Эти вводы выполняются с маслобарьерной изоляцией без нижних фарфоровых покрышек.
а) Негерметичные вводы. Маслонаполненный ввод негерметичного исполнения (рис. 1) состоит из следующих основных частей: центрального стержня 1 с токоведущим элементом, изоляционного остова 2, верхней 3 и нижней 4 фарфоровых покрышек, соединительной втулки 5, выводов для измерения tg б 6, расширителя 7, маслоуказателя 8, контактных наконечников 9 и нижнего экрана 10. У вводов на напряжение 500 кВ имеется еще верхний экран.
Центральный стержень (труба) служит для соединения деталей ввода. У вводов некоторых типов медная труба служит токоведущий элементом. У вводов для силовых трансформаторов труба, как правило, изготовляется из латуни и не служит токоведущим элементом. В качестве токоведущего элемента используется протягиваемый через трубу медный провод ПБОТ (ГОСТ 10787-68). На трубе крепится изоляционный остов. На трубу или бумажно-бакелитовый цилиндр наматывается изоляционная бумага, пропитанная трансформаторным маслом. Для выравнивания электрического поля ввода в осевом и радиальном направлениях изоляционный остов разделен на слои уравнительными обкладками из алюминиевой фольги. Таким образом, изоляционный остов представляет собой сердечник конденсаторного типа с большим числом последовательно включенных конденсаторов с малой толщиной изоляционного слоя (минимально 1 мм).
Вводы выполняются с измерительным конденсатором, предназначенным для подключения приспособления для измерения напряжения (ПИН), и без него. В последнем случае подключение ПИН не предусматривается. Во вводах без измерительного конденсатора к последней (заземляемой) обкладке изоляционного остова припаивается проводник, который через изолированный вывод выводится на внешнюю сторону соединительной втулки. Он служит для измерения tg 6 ввода, являющегося важным показателем состояния его внутренней изоляции. Изоляционный остов с измерительным конденсатором имеет два проводника: один от измерительной (предпоследней) обкладки и второй от заземляемой. Проводник от заземляемой обкладки наглухо заземляется внутри ввода, а проводник от измерительной обкладки через изолированный вывод выводится на внешнюю сторону соединительной втулки. Измерительный вывод у вводов без измерительного конденсатора должен быть в рабочем положении надежно заземлен. При определении tg дельта этот вывод присоединяют к измерительному мосту. У вводов с измерительным конденсатором вывод заземляют или подключают к нему ПИН. Для измерения напряжения принимается, что напряжение между измерительной обкладкой и заземленной соединительной втулкой составляет соответствующую долю напряжения ввода относительно земли исходя из соотношения емкостей: токоведущий элемент — измерительная обкладка № измерительная обкладка — заземленная соединительная втулка. Прибор для измерения напряжения (ПИН), подсоединяемый к выводу на соединительной втулке, состоит из реактора и понижающего трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключен вольтметр. Изолятор для подключения ПИН может быть использован и для измерения tg6 внутренней изоляции ввода.
Покрышки вводов являются его внешней изоляцией. Изоляционные покрышки изготовляются из высококачественного высоковольтного фарфора (ГОСТ 5862-68). Верхние покрышки имеют развитую поверхность благодаря наличию ребер (крыльев). Для увеличения длины пути утечки вводов, предназначенных для установки на трансформаторах, работающих в районах с загрязненной атмосферой, верхние покрышки делают увеличенной высоты и с развитым профилем ребра. Нижние покрышки вводов короче верхних, так как помещаются в баке трансформатора. Они не имеют развитий поверхности, поскольку находятся в чистом трансформаторном масле.
Таблица 1
Размеры покрышки, мм |
| ||
Наибольшая высота | Наибольший диаметр | Наибольший диаметр окружности, вписанный в тело покрышки | Перепад температуры, °С |
До 1000 | До 400 | До 45 | 80 |
Покрышки могут быть цельными и составными при значительных размерах вводов. Составные покрышки изготовляются из отдельных частей и склеиваются между собой. Внутренняя и наружная поверхности покрышек покрываются слоем белой или коричневой глазури. Покрышки должны быть стойкими к тепловым ударам и выдерживать при испытании без механических повреждений трехкратный цикл резких изменений температуры, указанный в табл. 1.
Для классов напряжения 110—500 кВ выдерживаемые напряжения воздушной изоляции вводов соответствуют напряженности: при частоте 50 Гц в сухом состоянии — от 3 до 4 кВ/см, при дожде — от 2,2 до 2,6 кВ/см, при полном импульсе — от 5,4 до 6,8 кВ/см.
Рис. 2. Стяжное устройство ввода ВН.
1 — труба (токоведущий стержень); 2 — верхний опорный фланец; 3 — верхняя фарфоровая покрышка; 4 — пружина; 5 — опорная пластина; 6 — нажимная гайка; 7 — колпак расширителя; 8 — уплотнение резиновое (шайбы).
Соединительная втулка служит для соединения верхней и нижней частей ввода, а также для установки ввода на трансформаторе. Она изготовляется из черных или цветных металлов в зависимости от тока, на который рассчитан ввод. Уплотнениями между соединительной втулкой и покрышками служат резиновые кольцевые прокладки. Осевая стяжка осуществляется гайками на трубе при помощи пружин (рис. 2), компенсирующих температурные изменения размеров трубы и стягиваемых на ней деталей и осуществляющих постоянное давление на прокладки. Вводы должны выдерживать давление 1,5• 105 Па трансформаторного масла в течение 30 мин при температуре окружающего воздуха не ниже + 10°С.
Несколько ниже верхнего торца соединительной втулки расположен опорный фланец, при помощи которого осуществляется установка и крепление ввода на трансформаторе. Фланец имеет отверстия под болты, крепящие ввод. Число, диаметр и расположение отверстий зависят от многих факторов и, в частности, от высоты, диаметра, массы ввода и особенностей его установки на трансформаторе. На опорном фланце располагаются также рым-болты или грузовые косынки для подъема и установки ввода при помощи крана, отверстие для выпуска воздуха из трансформатора, патрубок для присоединения газоотводных труб. Над опорным фланцем расположены устройство для отбора пробы масла из ввода, вывод для измерения tg б или для подключения ПИН, гнездо для подключения заземляющего проводника у ввода с ПИН. На соединительных втулках вводов, предназначенных для горизонтальной установки на трансформаторе, предусматривается пробка для присоединения маслопровода выносного расширителя.
Рис. 3. Гидравлический затвор ввода ВН.
1 — корпус расширителя; 2 — пробка для дыхания; 3 — перегородки между камерами; 4 — трансформаторное масло; 5 — труба (токоведущий стержень); 6 — верхний опорный фланец; 7 — верхняя фарфоровая покрышка; 8 — уплотнение резиновое (шайбы); 9 — пробка для слива осадков и грязи.
Своим опорным фланцем ввод обычно устанавливается на промежуточный цилиндрический фланец, для того чтобы нижняя часть ввода не опускалась глубоко внутрь бака. При использовании встроенных ТТ вводы устанавливаются на адаптеры, в которых помещаются ТТ. Для наклонной установки ввода цилиндрическому опорному фланцу или адаптеру придается соответствующая форма.
Расширитель ввода предназначен для компенсации температурных изменений объема масла во вводе. Воздушное пространство внутри ввода имеет сообщение с окружающей атмосферой. Для защиты масла от увлажнения и окисления расширитель имеет гидравлический затвор или силикагелевый воздухоосушитель. Гидравлический затвор представляет собой два сообщающихся сосуда (рис. 3), один из которых сообщается с окружающей атмосферой, а другой — с полостью расширителя. Запирающей жидкостью служит трансформаторное масло.
На расширителе имеется несколько отверстий: для «дыхания» ввода, для выхода воздуха при доливке масла в расширитель и для слива масла из затвора. Два последних отверстия закрыты пробками. Маслоуказатель предназначен для наблюдения за уровнем масла в расширителе ввода. Верхний конец токоведущего провода впаян в латунный контактный наконечник, который закрепляется в верхней арматуре ввода.
Соединение провода, припаянного к отводу обмотки, с наконечником производят следующим образом. Провод вытягивают через люк, предназначенный для установки ввода на крышке трансформатора. Ввод поднимают краном так, чтобы он находился над люком.
Рис. 4. Герметичный ввод на напряжение 220 кВ и ток 400 А типа ГБМТ-220/400-У1.
1 — ввод; 2 — подсоединительная лопатка ввода; 3 — вывод измерительный; 4 — фланец для подсоединения газоотводных труб; 5 — расширитель (бак давления); 6 — ушки для подъема ввода; 7 — манометр.
Контактный зажим снимают, открывая тем самым верхний конец центральной трубы. Через трубу сверху вниз опускают ленту или веревку с грузом. Другой конец веревки пропускают через блок, на подъемном кране. Веревку привязывают к контактному наконечнику, в который впаян провод. Ввод постепенно опускают и одновременно тянут веревку, поднимая наконечник и провод вверх по трубе. К моменту установки ввода на предназначенное для него место наконечник достигает верхнего края трубы. Его закрепляют, навинчивая контактный зажим. Контактный зажим в большинстве случаев представляет собой гладкую плоскую поверхность, к которой болтами присоединяются шины распределительного устройства. Центральная труба, расширитель и связанные с ним металлические детали имеют контакт с наконечником и верхней арматурой и находятся под полным потенциалом.
Для выравнивания электрического поля в нижней части ввода его токоведущие части закрывают тонкостенным алюминиевым экраном. У вводов класса напряжения 220 кВ и выше экран имеет изоляционное покрытие. Наверху вводов 500 кВ и выше устанавливается экран в виде клетки из тонких стальных прутьев (коронирующее устройство). Экран закрывает расширитель и связанные с ним металлические детали и препятствует возникновению «а них разрядов. В нижней части ввод имеет отверстие, закрытое пробкой, для полного слива масла при его замене.
б) Герметичные вводы. Гидравлический затвор полностью не предохраняет масло от окисления, а лишь замедляет процесс его старения. Средством, практически исключающим старение масла, является полная герметизация ввода. Герметичные вводы (рис. 4) имеют в основном те же узлы, что и вводы негерметичного исполнения. В герметичных вводах полностью исключается соприкосновение масла, заполняющего ввод, с окружающим воздухом. Тем самым обеспечивается сохранение высоких электроизоляционных свойств масла в течение длительного времени. Кроме того, герметичные вводы практически не требуют ухода в эксплуатации.
Для компенсации температурных изменений объема масла в этих вводах служат специальные компенсаторы, внутри которых помещаются упругие элементы (сильфоны), заполненные азотом (рис. 5).
Рис. 5. Упругий элемент (сильфон) ввода.
1 — обечайка; 2 — корпус; 3 — гофрированная латунная мембрана; 4 — пробка.
При увеличении объема масла (вследствие повышения температуры) происходит деформация сильфонов и газ внутри них сжимается. При уменьшении давления происходит обратный процесс. Вводы постоянно находятся под избыточным давлением, изменяющимся от 1-104 Па при минимальной температуре до 2,5-105—2,8-105 Па при максимальной.
Компенсатор с упругими компенсирующими элементами располагается в специальных баках, соединенных трубопроводом с вводом, а в отдельных случаях (для вводов 110—220 кВ) встраивается в верхнюю часть ввода. Бак с компенсаторами устанавливается на специальном приспособлении (можно устанавливать на расширителе трансформатора) на уровне верхней части ввода «ли выше ее для того, чтобы в случае повреждения сильфонов азот, находящийся внутри них, не попадал внутрь ввода.
Контроль давления в системе ввод — бак с компенсаторами осуществляется при помощи манометра, установленного на баке или в другом удобном месте. Если сильфоны встроены в верхнюю часть ввода, то давление контролируется по манометру, установленному на соединительной втулке ввода. (Вводы с сильфонами в их верхней части имеют некоторые преимущества перед вводами со специальным баком: отсутствует маслопровод, соединяющий ввод с баком, упрощаются монтаж ввода и его транспортирование.)
Присоединение отвода обмотки трансформатора осуществляется преимущественно путем протяжки провода через полую трубу ввода с уплотнением в верхней части. В отдельных случаях подсоединение отвода производится в нижней части ввода.
Уплотнение деталей вводов классов напряжения 110—220 кВ осуществляется главным образом путем затяжки деталей ввода на центральной трубе с применением пружин, компенсирующих температурные изменения длин трубы и стягиваемых на ней деталей. Во вводах 330; 500 и 750 кВ применяется механическое крепление фарфора к металлической арматуре устройствами кулачкового типа либо с применением колец и вкладышей.
Вводы должны выдерживать давление трансформаторного масла 3-105 Па в течение 30 мин при температуре окружающего воздуха не ниже +10°C.
