Расчет и конструирование трансформаторов (стр. 33 )

Изоляция трансформатора разделяется на главную и продольную. Главной изоляцией называется изоляция каждой из обмоток относительно заземленных частей и от других обмоток. Продольной изоляцией называется внутренняя изоляция каждой обмотки, т. е. ее междувитковая, междуслойная и между катушечная изоляции.

Нормальное рабочее напряжение и коммутационное перенапряжение воздействуют в основном на главную изоляцию обмоток. Атмосферное перенапряжение воздействует главным образом на продольную изоляцию обмоток.

Для надежной работы трансформатора должна быть обеспечена достаточная электрическая прочность его изоляции. Различают электрическую прочность изоляции при нормальной промышленной (50 гц) частоте и импульсную прочность. Уровень электрической прочности изоляции трансформатора находится в определенной, установленной на основе опыта эксплуатации и узаконенной стандартами зависимости от принадлежности к тому или иному классу напряжения и от условий работы трансформатора.

Каждая из обмоток трансформатора в зависимости от длительно допустимого рабочего напряжения относится к определенному классу напряжения, характеризуемому значением номинального напряжения. Согласно ГОСТ 721— 62 в Советском Союзе приняты следующие номинальные линейные напряжения переменного тока, приведенные в табл. 13.1.

Таблица 13.1

Номинальные напряжения сетей и приемников электрической энергии, кв	Наибольшее рабочее напряжение, кв
3	3,6
6	7,2
10	12
15	17,5
20	24
35	40,5
ПО	126
150	172
220	252
330	363
500	525

Классом напряжения трансформатора принято считать класс напряжения его обмотки ВН.

Соответственно классам напряжения установлены нормы для испытания изоляции обмоток трансформатора как при промышленной частоте (50 гц), так и при импульсном испытании (см. § 13.3).

§ 13.2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА

Правильный выбор изоляционных расстояний, качество изоляционных материалов и общей конструкции изоляционных узлов имеет существенное значение для надежности и долговечности работы трансформатора. С другой стороны, чрезмерно большие запасы электрической прочности приводят к неоправданно большим расходам изоляционных и других материалов и увеличению габаритных размеров и стоимости всего трансформатора.

Изоляционные материалы не должны иметь химического взаимодействия с горячим трансформаторным маслом и, с другой стороны, не способствовать его разложению и загрязнению.

Кроме чисто электрических воздействий, изоляция трансформаторов подвергается нагреванию от потерь, возникающих в обмотке и магнитопроводе, и механическим усилиям, достигающим значительных Беличий в аварийном случае короткого замыкания. Это должно учитываться при разработке рациональной конструкции. Обычно принято считать, что правильно рассчитанный при условии нормальной эксплуатации трансформатор должен служить не менее 15—20 лет.

Причем указанный срок службы трансформатора в значительной степени определяется сохранением основных качеств его изоляции.

Значительную роль в обеспечении электрической прочности изоляции имеет правильная технология ее обработки. Одной из важнейших технологических операций обработки изоляции является вакуумная сушка активной части трансформатора перед заливкой маслом по окончании сборки.

В трансформаторах желательно иметь возможно меньшую поверхность масла, соприкасающуюся с воздухом, поэтому целесообразно применять герметизацию расширителей, химических воздухоосушителей и др.

§ 13.3. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И НОРМЫ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХНАПРЯЖЕНИЙ

Электрическая прочность изоляции трансформаторов проверяется на воздействие как промышленного (50-периодного), так и импульсного напряжений.

Каждый выпускаемый с завода трансформатор подвергается так называемым контрольным испытаниям, в программу которых, как обязательное, входит испытание на 50-периодную прочность изоляции.

Рис. 13.1. Принципиальная схема испытания главной изоляции обмотки трехфазного трансформатора приложенным напряжением промышленной (50 гц) частоты при помощи испытательного трансформатора: 1 — испытательный трансформатор; 2 — испытуемый трансформатор

Это испытание производится в большинстве случаев двумя способами: приложенным от постороннего источника напряжением (при отсутствии возбуждения магнитопровода) и возбуждением трансформатора индуктированным напряжением.

Схема испытания изоляции приложенным напряжением показана на рис. 13.1.

При испытании приложенным напряжением испытательное напряжение Uисп прикладывается к испытуемой обмотке и заземленным частям. Другие обмотки также заземляются. Испытание обычно начинают с обмотки НН. При этом испытывается главная изоляция трансформатора, т. е. изоляция каждой из обмоток и их отводов от заземленных частей и других обмоток.

Нормы приложенных 50-периодных испытательных напряжений в зависимости от классов напряжения (т. е. номинальных значений рабочего напряжения) приведены в табл. 13.2.

Таблица 13.2

Класс напряжения. кв	Испытательные напряжения
приложенное действующее, кв	импульвное амплитудное (кв) при волне
полной	срезанной
3 6 10 15 20 35 ПО 150 220 330 500	18 25 35 45 55 85 200 275 400 460 680	44 60 80 108 130 200 480 660 950 1050 1550	50 70 90 120 150 225 550 760 1090 1150 1650

При испытании индуктированным напряжением трансформатор возбуждается повышенным (обычно двойным против номинального) напряжением. Так как при этом будет увеличиваться (пропорционально напряжению) индукция главного магнитного потока, то во избежание опасного для питающей обмотки резкого повышения намагничивающего тока индукцию снижают повышением (до 1004-250 гц) частоты. При испытании индуктированным напряжением испытывается так называемая продольная изоляция обмоток, т. е. их междувитковая, междуслойная и междукатушечная изоляции.

Рис. 13.2. Принципиальная схема испытания продольной изоляции трехфазного трансформатора двойным напряжением, индуктируемом в испытуемом трансформаторе при повышенной (100—250 гц) частоте:

U’л и U’’л - номинальные напряжения обмоток

В некоторых случаях один из концов обмотки ВН однофазного трансформатора или нулевая точка обмотки ВН трехфазного трансформатора, предназначаемые для присоединения к земле (в системах с заземленной нейтралью), имеют неполную (пониженную) изоляцию относительно земли. Такие обмотки нельзя испытывать приложенным напряжением. В этих случаях изоляция обмоток испытывается только индуктированным напряжением, при котором линейному ее концу задается потенциал, равный приложенному испытательному напряжению, соответствующему согласно табл. 13.2 данному классу напряжения.

Схема испытания индуктированным напряжением показана на рис. 13.2.

Испытание новых конструкций трансформаторов и их изоляционных узлов производят при постепенном повышении испытательного напряжения до нормированного. Часто испытание производят до полного пробоя изоляции. При этом может быть определен запас К3 электрической прочности трансформатора:

КЗ= Пробивное напряжение/Испытательное напряжение

Чтобы обеспечить надежность изоляции, получение известного запаса ее электрической прочности при испытании необходимо ввиду неизбежного разброса данных результатов испытаний.

Испытания на импульсную прочность изоляции ввиду их сложности и большой стоимости производятся лишь как типовые, имеющие целью проверку новой конструкции изоляции. Они обычно проводятся на отдельных образцах или же опытных моделях, представляющих собой их типовую конструкцию, и повторяются по мере надобности.

Нормы импульсных испытательных напряжений приведены в табл. 13.2. Как видно из этой таблицы, амплитуда импульсных напряжений намного превышает значения 50-периодных испытательных напряжений. Это объясняется характером импульсных перенапряжений. Для сравнения значения 50-периодных напряжений следует умножить на .

§ 13.4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА ИЗОЛЯЦИЮ

Воздействиям атмосферных перенапряжений особенно сильно подвергаются трансформаторы, связанные с воздушными сетями. Таковыми большей частью являются крупные высоковольтные трансформаторы и трансформаторы меньших мощностей напряжением 10 и 35 кв.

Воздействие импульсных перенапряжений на изоляцию определяется как величиной их амплитуды, так и формой волны, т. е. изменением ее во времени и общей длительностью.

Действие волны импульса, кроме ее амплитуды, сильно зависит так же от крутизны ее фронта (т. е. участка подъема напряжения: чем круче фронт, тем действие волны сильнее). Поэтому при импульсных испытаниях заданная длительность фронта волны должна быть выдержана.

Формы волн импульсов атмосферных перенапряжений чрезвычайно разнообразны.

Для испытаний на импульсную прочность приняты (стандартизованы) две формы волны — полная и срезанная, как наиболее характерные из встречающихся в практике эксплуатации трансформаторов.

Форма полной волны приведена на рис. 13.3: τф = 1,5±0,2 мксек — длина фронта волны; τв = 40±4 мксек — общая длина волны; UB — амплитуда импульса напряжения.