Конструкции внутренней изоляции трансформаторов

На напряжении до 110 кВ обмотки выполняются с линейным вводом на конце. Электрическое поле на конце обмотки существенно неравномерно (рис. 8.26,а), поэтому выполнение ввода на конце обмотки создает трудности в достижении высокой электрической прочности главной изоляции. По этой причине на напряжениях 220 кВ и выше обмотки выполняются с линейным вводом в середину, где поле практически равномерно (рис. 8.26,б). Обмотка ВН при этом оказывается состоящей из двух параллельных ветвей, что удобно для мощных трансформаторов.

Рис. 8.26 – Электрическое поле в изоляции обмоток. а — концевой изоляции класса 110 кВ с вводом на конце; б — между обмотками автотрансформатора 500/220 кВ с вводом в середину; показаны эквипотенциальные линии с указанием процента от полного напряжения; поле построено на полупроводящей бумаге.

Типовая конструкция изоляции обмотки 110 кВ показана на рис. 8.27,а. Главная изоляция состоит из масляных каналов и барьеров в виде изолирующих цилиндров. Барьеры затрудняют образование проводящих мостиков в масле и тем самым резко повышают электрическую прочность изоляционной конструкции. На концах обмотки электрическое поле неоднородно, что создает опасность поверхностного разряда по барьерам. С целью увеличения разрядного пути изолирующие цилиндры выпускают за край обмоток. Для класса изоляции 110 кВ и выше необходимым дополнением к изолирующим цилиндрам должны быть угловые шайбы, удлиняющие путь поверхностного разряда на концах обмотки. Продольная изоляция обмоток 110 кВ и выше состоит из изоляции, покрывающей провода и катушки, и масляных каналов между катушками. Обмотка снабжена компенсирующим экраном.

Характерная конструкция изоляции для трансформаторов более высокого напряжения показана на рис. 8.28. Обмотка 500 кВ имеет петлевую конструкцию, так что в установке компенсирующих экранов нет необходимости. Угловые шайбы установлены не только между обмотками, но и на внешней стороне обмотки 500 кВ.

Уровень изоляции обмоток трансформатора определяется не только конструкцией изоляции и изоляционными расстояниями, но и качеством изоляционных материалов. Для покрытия проводов и катушек применяется кабельная бумага; изолирующие цилиндры и угловые шайбы выполняются из прессшпана. В лучших образцах изолирующие цилиндры выполняются из электрокартона, а угловые шайбы штампуются из бумажно-целлюлозной массы. Все элементы волокнистой изоляции пропитываются маслом. Большое значение имеет технологическая обработка изоляции трансформатора, в частности сушка изоляции.

Масляно-барьерная изоляция современных трансформаторов, показанная на рис. 8.27 и 8.28, позволяет применять рабочие напряженности до 1—2 кВ/мм. Существенно большие Е_раб допустимы для бумажно-масляной изоляции. Главная трудность выполнения такой изоляции состоит в необходимости

Рис. 8.27 – Конструкция изоляции двухобмоточного трансформатора 110 кВ с вводом на концеобмотки ВН.

Рис. 8.28 – Конструкция изоляции трехобмоточного автотрансформатора 500 кВ.

получения плотного прилегания бумаги к катушкам, так как при наличии больших зазоров электрическая прочность изоляции резко снижается. В изоляционной конструкции, показанной на рис. 8.29, силовые линии поля в зазоре между обмоткой ВН и НН и магнитопроводом направлены примерно перпендикулярно слоям бумаги. Отсутствие тангенциальной составляющей в напряженности электрического поля также необходимо для обеспечения высокой электрической прочности бумажно-масляной изоляции.

Обычно вводы в трансформаторы осуществляются проходными изоляторами. На крупных ГЭС применяются кабельные вводы к обмоткам ВН. Применяются маслонапол-ненные кабели или кабели в стальных трубах с маслом под давлением. Проблема создания электропередач на предельные напряжения решается в зависимости от успехов трансформаторостроения в конструировании изоляции. В настоящее время уже созданы и эксплуатируются трансформаторы на напряжение 1150 кВ. Но на этих напряжениях трансформаторы уже приобретают вес и габариты, предельные по условиям железнодорожных перевозок. Дальнейшие возможности открываются при организации сборки трансформаторов на площадках подстанций или же на пути использования новых конструктивных принципов. Предложено использовать каскадные (двухступенчатые) схемы выполнения трансформаторов, аналогичные каскадным испытательным установкам. В частности, вольтодобавочные трансформаторы, располагаемые на потенциале, позволяют выбирать напряжение электропередач соответственно передаваемым мощностям, а не связывать их жестко с классом напряжения трансформаторов.

Рис. 8.29 – Бумажно-масляная главная изоляция силового трансформатора высокого напряжения. 1 – стержень магнитопровода; 2 — обмотка НН; 3 — бумажно-бакелитовый цилиндр; 5 — обмотка ВН; 6 — отворот бумажного цилиндра; 7 —прокладка между отворотами.