Изоляция силовых трансформаторов

Изоляция силовых трансформаторов разделяется на внешнюю (воздушную) и внутреннюю. Внешняя изоляция трансформаторов состоит из воздушных промежутков: между вводами и заземленным баком, между вводами различных обмоток, а также вдоль фарфоровых покрышек вводов. Ее выбор производят аналогично выбору соответствующей изоляции любого другого подстанционного электрооборудования.

К внутренней изоляции относят:

− изоляцию обмоток;

− масляной части вводов;

− отводов и вспомогательных устройств (например, переключателей).

Изоляцию обмоток разделяют на главную и продольную. К главной изоляции относят:

− изоляцию между обмотками;

− изоляцию между обмоткой и магнитопроводом;

− изоляцию между наружными обмотками двух соседних стержней магнитопровода (междуфазовую);

− изоляцию наружной обмотки от стенки бака.

К продольной изоляции относят витковую изоляцию между катушками или слоями витков.

Габариты и конструкция продольной изоляции определяются грозовыми перенапряжениями. С целью снижения напряжения на продольной изоляции при импульсных воздействиях применяют емкостные экраны и так называемые переплетенные обмотки, в которых витки соединяются друг с другом в определенной последовательности.

При этом соседние витки оказываются под существенно разными потенциалами, и снижение импульсных напряжений достигается ценой увеличения рабочего напряжения на продольной изоляции. Однако это позволяет все же несколько уменьшить габариты продольной изоляции.

Основные габариты главной изоляции трансформаторов до последнего времени также определялись грозовыми перенапряжениями. Однако сейчас ситуация существенно изменилась в связи с широким внедрением в электрических системах номинальных напряжений 330 кВ и выше, для которых основное значение приобретают внутренние перенапряжения. Если перенапряжения этого вида удастся эффективно ограничить, на первый план выступит длительная электрическая прочность, которая, видимо, уже в недалеком будущем станет определяющим фактором при выборе изоляционных расстояний в главной изоляции трансформаторов.

На конструкцию изоляции трансформаторов сильное влияние оказывает то обстоятельство, что в активных частях трансформатора, т. е. в меди обмоток и в магнитопроводе, при работе выделяется большое количество тепла. Это заставляет выполнять изоляцию так, чтобы можно было непрерывно охлаждать активные части.

В современных силовых трансформаторах в качестве главной используется преимущественно маслобарьерная изоляция, а на отдельных участках, например на отводах, применяется изолирование. Продольная изоляция выполняется бумажно-масляной либо с помощью изолирования и покрытия витков и катушек обмотки.

Маслобарьерная изоляция обладает достаточно высокой кратковременной электрической прочностью и позволяет интенсивно охлаждать конструкцию за счет циркуляции масла. Для того чтобы барьеры были эффективными, они должны располагаться перпендикулярно силовым линиям электрического поля. В проходных изоляторах, где электрическое поле в основном радиальное, это без труда достигается путем применения цилиндрических барьеров. В трансформаторах электрическое поле имеет сложную конфигурацию, поэтому приходится применять комбинацию барьеров разной формы.

В трансформаторах в основном применяют три типа барьеров: цилиндрический барьер, плоская шайба и угловая шайба. Количество картонных барьеров и их расположение различаются в зависимости от номинального напряжения и от конструкции трансформатора. Для улучшения конфигурации электрического поляна краюобмотки ивыравнивания начального распределения напряжения вдоль по обмотке при грозовых перенапряжениях у катушек входной зоны обмотки ставят емкостное кольцо, увеличивающее емкость между этими катушками и точкой входа в обмотку. Емкостное кольцо должно иметь разрыв с целью устранения тока в контуре кольца.

На рис. 2.5 приведена конструкция маслобарьерной изоляци трансформатора 35 кВ. Главная изоляция между обмотками низшегоНН высшего ВН напряжений трансформаторов 3−35 кВ состоит из двух масляных каналов, разделенных барьером – бакелитовым цилиндром толщиной 3–6 мм. Главное изоляционное расстояние между обмотками обычно составляет 15–27 мм и определяется конструктивными и технологическими требованиями.

Рис. 2.5. Конструкция изоляции трансформатора 35 кВ: 1 – магнитопровод: 2 – бакелитовые цилиндры; 3 – щитки из электрокартона

Распределение импульсного напряжения по обмотке при грозовых перенапряжениях может быть улучшено также за счет увеличения продольной емкости между катушками и витками обмотки. Это достигается путем использования переплетенной обмотки.

Более высокой электрической прочностью по сравнению с маслобарьерной изоляцией обладает бумажно-масляная изоляция. В связи с этим в последние годы интенсивно изучается возможность использования бумажно-масляной изоляции в качестве главной изоляции трансформаторов, что позволило бы уменьшить габариты изоляции и трансформаторов в целом. Последнее обстоятельство имеет особо важное значение для наиболее мощных трансформаторов, габариты которых затрудняют их транспортировку. Основная трудность применения бумажно-масляной изоляции в силовых трансформаторах − охлаждение.