Назначение вводов. Схема конструкции, ее особенности.
Вводы или проходные изоляторы — это изоляционные конструкции, которые используют в местах, где проводник, работающий под напряжением, должен проходить через заземленный металлический корпус трансформатора, реактора, аппарата или через стену или перекрытие здания. Ввод обеспечивает механическое крепление токоведущего проводника и необходимый уровень электрической прочности конструкции.
Устройство ввода простейшей конструкции, установленного на крышке бака масляного трансформатора, схематически показано на рис. 1. Такой ввод состоит из следующих элементов:
· токоведущего стержня (или трубы) — 7, находящегося под рабочим напряжением;
• изоляционного тела 2, обеспечивающего механическое крепление токоведущего стержня и электрическое изолирование его от заземленной крышки бака;
• металлической втулки 3 с фланцем, с помощью которого ввод крепится к крышке бака трансформатора;
Рис. 1. Схема конструкции простейшего проходного изолятора (ввода): 1 — токоведущий стержень (труба); 2— изоляционное тело; 3 — втулка; 4 — верхний экран; 5 — нижний экран.
• верхнего экрана 4 выравнивающего электрическое поле у верхнего контактного узла для устранения стримерной короны в воздухе при рабочем напряжении;
• нижнего экрана 5, выравнивающего электрическое поле у нижнего контактного узла для повышения электрической прочности изоляционного промежутка в масле ввод—станка бака трансформатора. Конструкции реальных вводов, особенно высших классов напряжения, значительно сложнее, показанной на рис. 1. Они содержат еще ряд узлов, обеспечивающих необходимые технико-экономические показатели, в том числе высокие эксплуатационные качества. Эти узлы реальных вводов будут описаны ниже. Рассмотрение простейшей конструкции по рис. 1 необходимо для того, чтобы показать принципиально важные особенности всех вводов.
Первая особенность — ввод, как и некоторые другие (но не все) изоляционные конструкции, имеет внешнюю и внутреннюю изоляцию (определение этих понятий — см. ГОСТ 1516.2). Процессы во внешней и внутренней изоляции, определяющие их электрическую прочность, существенно различны, зависят от разных факторов. Поэтому необходимые уровни электрической прочности внешней и внутренней изоляции достигаются разными средствами. Вторая особенность вводов состоит в том, что в исходной, простейшей конструкции электрическое поле сильно неоднородно в радиальном и осевом направлениях. Вследствие этого оказывается невозможным создание вводов на напряжения 110 кВ и более с удовлетворительными габаритами и другими параметрами без применения специальных мер регулирования электрического поля.
Электрическое поле в изоляционном теле между токоведущим стержнем и втулкой на удалении от краев втулки — это поле между соосными цилиндрами, напряженность в котором в радиальном направлении убывает обратно пропорционально радиусу. Поэтому для этого участка отношение максимальной напряженности Емакс к минимальной Емин равно отношению R/r, где R — внутренний радиус втулки; г — радиус токоведущего стержня.
При характерных для реальных вводов значениях отношения R/r, примерно, от 2,5 до 4,0 (при наличии средств регулирования электрического поля) в простейшей конструкции ввода по рис. 1 отношение Емакс/Емт будет, соответственно, иметь те же значения. Поэтому использование диэлектрических свойств материала изоляционного тела (2 на рис. 1) будет весьма неравномерным по толщине, что приведет к нерациональному увеличению радиальных размеров ввода.
Электрическое поле у краев заземленной втулки ввода по рис. 1 получается резко неоднородным. Напряженность электрического поля непосредственно у краев втулки (в воздухе и в изоляционном теле) может превышать среднюю напряженность в промежутке стержень-втулка в 5—10 раз и более (в зависимости от радиуса скругления кромок втулки). Напряженность здесь имеет значительную нормальную к поверхности изоляционного тела составляющую. По мере удаления от краев втулки в осевом направлении напряженность быстро уменьшается.
Электрическая прочность изоляционного тела на участках около краев втулки из-за резко неоднородного поля оказывается наименьшей. Здесь же в воздухе при относительно низком напряжении возникает коронный разряд, который при рабочем напряжении недопустим, так как является мощным источником радиопомех и оказывает разрушающее воздействие на изоляционное тело ввода.
