Расчет и конструирование трансформаторов (стр. 35 )

Ввиду трудности применения полной компенсации применяют частичную компенсацию, при которой кривая первоначального распределения может быть достаточно приближена к кривой конечного распределения (рис. 13.9).

Получение совершенно равномерного первоначального распределения практически даже и не требуется. Важно, чтобы градиент наиболее напряженных точек обмотки не превышал бы намного средних значений градиентов, которыеимели бы место при равномерном распределении.

Принцип конструкции частичной защиты экранирующими витками заключается в следующем: поверх шести (для ПОч-220 кв) концевых катушек обмотки накладывают экранирующие витки с переменным расстоянием от катушек. Эти витки изготовляют из хорошо изолированного провода, соединяют между собой и присоединяют к линейному вводу (рис. 13.10).

Рис. 13.8. Принцип емкостной компенсации

Сверху обмотки ставится емкостное кольцо 1, служащее для выравнивания напряжения по виткам входной катушки (рис. 13.11).

Емкостное кольцо представляет собой кольцо (шайбу) из злектрокартона, обмотанное медной или алюминиевой фольгой и затем хорошо изолированное. Емкостное кольцо присоединено к линейному вводу обмотки.

Экранирующие витки не заходят в промежуток между фазами А, В, С, т. е. они не полностью охватывают катушки обмотки (рис. 13.12).

Преимущества частичной защиты экранирующими витками;

Рис. 13.9. Кривая первоначального распределения при частичной компенсации

Рис. 13.10. Частичная защита экранирующими витками:

1 — емкостное кольцо; 2 — экранирующие (емкостные) витки; 3 — катушки с усиленной изоляцией

простота конструкции и технологии изготовления;

возможность углубления (до некоторого предела) защиты путем добавления экранирующих витков без изменения конструкции обмотки; возможность предварительного емкостного расчета.

Рис. 13.11. Емкостное кольцо:

а — конструктивная схема; б — емкостная схема замещения: 1 — емкостное кольцо;

2 — крайняя (входная) катушка обмотки

Рис. 13.12. Схема расположения экранирующих витков на обмотках ВН трехфазного трансформатора. Неполный охват витками входных катушек

Недостатки этого вида защиты:

ограниченная возможность компенсации; высокое напряжение между последним экранирующим виткоми обмоткой. Это напряжение (линеал) может достигать, например, до 40% от амплитуды волны импульса; невозможность применения этого вида защиты для внутреннихобмоток; неполный угол охвата катушек и связанная с этим более слабаязащита средней фазы трехфазного трансформатора.

§ 13.7. ПРОДОЛЬНАЯ ЕМКОСТНАЯ КОМПЕНСАЦИЯ ВНУТРЕННИХ ОБМОТОК

Принцип этой защиты заключается в том, что путем установки между катушками по два емкостных экрана искусственно увеличивают междукатушечную емкость Ск и тем самым уменьшают коэффициент распределения а. Схема продольной защиты изображена на рис. 13.13.

Если обозначить через α1 коэффициент распределения с применением компенсации, то

где Ск1— добавочная междукатушечная емкость, полученная при помощи емкостных экранов.

Рис. 13.13. Схема частичной емкостной компенсации внутренней непрерывной обмотки при помощи встроенных конденсаторов:

а—конструктивная схема; б — упрощенная схема замещения

Рис. 13.14. Кривая первоначального распределения при продольной защите

Этот вид защиты дает более пологую кривую первоначального распределения (рис. 13.14).

Преимущество продольной защиты заключается в том, что она может быть распространена на всю длину обмотки; недостаток ее — в большой потере места в осевом направлении обмотки.

В настоящее время разработан целый ряд других систем частичной защиты, обладающих теми или иными преимуществами и недостатками.

§ 13.8. СЛОЕВЫЕ ОБМОТКИ

Для трансформаторов относительно небольших мощностей с напряжением до 35 кв применяются слоевые обмотки.

Несмотря на некоторые недостатки, слоевая обмотка, кроме простоты изготовления, имеет еще то преимущество, что первоначальное

Рис. 13.15. Схема замещения слоевой обмотки

распределение у этой обмотки получается практически равномерным без дополнительной емкостной компенсации (если не считать емкостного экрана). Иными словами, слоевая обмотка является в принципе грозоупорной, т. е. обладающей самозащитой, так как коэффициент

распределения а у нее близок к нулю. Схема замещения и

график первоначального распределения слоевой обмотки изображены соответственно на рис. 13.15 и 13.16.

Как видно из схемы слоевой обмотки, обкладкой конденсатора в момент падения волны импульса будет служить слой обмотки. Тогда емкость между слоями будет соответствовать емкости Ск в схеме замещения. Так как емкость каждого слоя на землю Сз относительно емкости между слоями Сз будет весьма мала, то коэффициент первоначального распределения а близок к нулю, т. е.

.

Кривая первоначального распределения будет почти совпадать с прямой конечного распределения и на графике представится в виде ломаной линии с числом изгибов, соответствующим числу слоев.

Для выравнивания напряжений по виткам первого (входного) слоя ставят металлический (разрезной) экран, присоединяемый к линейному вводу. Максимальное использование преимуществ слоевой обмотки получается тогда, когда экран ставится внутри (к первому слою). При этом уменьшается общая емкость обмотки на землю.

Ограниченность применения слоевой обмотки зависит в основном от ее недостаточной механической прочности, малой поверхности охлаждения и большого напряжения между слоями. Чтобы избежать последнего недостатка, обмотку разбивают на две и более частей в осевом направлении, т. е. применяют катушечную обмотку.

Рис. 13.16. Распределение напряжения в слоевой обмотке ВН с двумя экранами:

I— емкостное распределение; II—начальное распределение при полной волне; III— наибольшие потенциалы при полной волне

§ 13.9. МЕТОДИКА ВЫБОРА РАЗМЕРОВ ГЛАВНОЙ И ПРОДОЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРИ РАСЧЕТЕ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Электрическая прочность изоляции трансформатора должна обеспечиваться правильным выбором изоляционных конструкций, материалов и минимально допустимых расстояний (промежутков) между соответствующими токоведущими частями или между токоведущими и заземленными частями в зависимости от класса напряжений той или иной обмотки трансформатора. Выбранная изоляция трансформатора должна предохранить его токоведущие части — обмотки, отводы, переключатели, вводы — от пробоя на землю и между ними как при нормальном рабочем напряжении, так и при возможных перенапряжениях.

Рис. 13.18. Основные изоляционные промежутки главной изоляции в чередующихся обмотках

Рис. 13.17. Основные изоляционные промежутки главной изоляции в концентрических обмотках

Изоляция трансформатора по его изготовлению должна выдерживать нормированные испытательные напряжения при контрольных и типовых испытаниях трансформатора. Нормы испытательных напряжений были приведены в табл. 13.2. В соответствии с этими нормами и производится расчет изоляции для каждой токоведущей части, который сводится к определению основных изоляционных промежутков между этой токоведущей и заземленными частями или другой токоведущей частью в зависимости от испытательного напряжения в данном изоляционном промежутке.

Расположение изоляционных промежутков зависит от конструкции трансформатора, т. е. от взаимного расположения обмоток, магнитопровода, бака и других частей.

Рис. 13.19. Варианты заполнения изоляционных промежутков:

а — изоляция из твердого диэлектрика; б — масляный промежуток-

в — барьер) г — покрытие одного из электродов; д — изолирование одного

из электродов

В процессе развития трансформаторостроения определились основные варианты изоляционных конструкций для концентрических и чередующихся обмоток, ставшие в некоторой степени классическими.

В трансформаторе стержневого типа с концентрическими обмотками (рис. 13.17) основными промежутками главной изоляции являются следующие: канал между обмоткой НН и магнитопроводом, канал между обмотками ВН и НН, промежуток между обмоткой ВН и стенкой бака, между обмотками ВН разных фаз (междуфазное расстояние) и между торцами обмоток НН и ВН и ярмом.

При дисковых чередующихся обмотках (рис. 13.18) основными промежутками главной изоляции являются следующие: промежуток между катушками ВН и НН, между катушками этих обмоток и стержнем, стенкой бака, катушками соседней фазы, между крайними катушками обмотки НН и ярмом.

В существующих конструкциях изоляционный промежуток может быть заполнен либо маслом, либо твердой изоляцией (электрокартон, кабельная бумага), либо, наконец, комбинацией из этих материалов (рис. 13.19). В зависимости от заполнения промежутка определяется его минимально допустимая величина для заданного значения испытательного напряжения.

Расположение основных изоляционных промежутков для трансформаторов с испытательными напряжениями до 85 кв показано на рис. 13.20.