Назначение изоляции в трансформаторах, классификация и требования к материалам

При передаче электроэнергии от источника переменного тока к какому-нибудь потребителю, по соображениям безопасности необходимо изолировать конечное устройство от источника питания. Таким образом, изоляция у трансформаторов предотвращает генерацию вредных гармоник напряжения на распределительную шину.

Назначение изоляции в силовом трансформаторе

Поскольку системы бесперебойного питания работают беспрерывно, то они осуществляют выборку входного сигнала, воздействуя на него таким образом, чтобы обеспечить «чистую» мощность на выходе.  Оценивая диэлектрическую способность изоляционной конструкции, необходимо учитывать три фактора:

  1. Распределение напряжения должно быть рассчитано между различными частями обмотки.
  2. Величина диэлектрических напряжений должна учитывать геометрические параметры трансформатора.
  3. Для определения расчетного запаса фактические напряжения необходимо сравнивать со значениями напряжения пробоя.

При установившемся потоке напряжения в сердечнике распределение напряжения является линейным. Это происходит во время всех испытаний частоты и рабочих условий, а также в значительной степени – в импульсных условиях переключения, когда время фронта составляет десятки и сотни микросекунд. В подобных условиях всегда наблюдается тенденция к усилению основной изоляции, а не внутренней.

Для более коротких по длительности импульсов (таких как двухполупериодная, прерывистая или фронтальная волна), напряжение не делится линейно внутри обмотки и должно определяться расчётом или измерением низкого напряжения. Начальное распределение определяется емкостной сетью обмотки.

Изоляция трансформаторов

Классификация

Изоляция силовых трансформаторов подразделяется на главную, продольную и уравнительную. Эксплуатация каждой их них имеет свою специфику.

Главная

Разделяет обмотки высокого и низкого напряжения и обмотки сердечника. Форма обмотки сердечника влияет на равномерность начального распределения импульсов напряжения. Поэтому при изготовлении обмотки используются электростатические экраны на клеммах катушки. Статические экраны обычно используются с целью предотвращения чрезмерных концентраций напряжений в линии.

После начального периода электрические колебания происходят уже только внутри обмоток. Эти колебания создают большие напряжения от средних частей обмоток к земле, которые прямо пропорциональны длине волны. Очень быстрые импульсы создают самые большие напряжения между витками и частями катушки.

Для главных обмоток трансформатора важен тип импульсных переходных напряжений, которые могут быть двух типов: апериодические и колебательные. В отличие от апериодических волн, колебательные могут возбуждать собственные частоты обмотки и вызывать опасные напряжения во внутренней изоляции обмотки.

Главная изоляция

Продольная

Концевые повороты, которые возникают при увеличении эффективной ёмкости внутри катушки, определяют надёжность продольной изоляции. Для увеличения последовательной ёмкости катушки и увеличения диэлектрической прочности используют либо чередование витков, либо предусматривают плавающие металлические экраны.

Продольная изоляция трансформатора

Уравнительная

Используется для защиты от скачков напряжения в линиях электропередачи, сигнальных и питающих линиях.  Если скачок переходного напряжения является случайным, то энергия кратковременного электрического возмущения характеризуется временем нарастания, которое не превышает 10 мкс.

При этом около 80% зарегистрированных скачков напряжения переходного процесса происходят из-за внутренних переходных процессов переключения в трансформаторах. Поэтому задача уравнительной изоляции – отвести преобладающую часть переходной энергии от нагрузки, создавая эквивалентный потенциал между подключенными линиями. Уравнительная изоляция подразделяется на три класса:

  • первый класс предусматривается для главных распределительных плат, защищая электроустановки от прямых ударов молнии;
  • второй класс предотвращает распространение перенапряжения;
  • третий класс предусматривается как дополнение к уравнительной изоляции второго класса в местах особо чувствительных нагрузок.

Уравнительная изоляция

Требования

Нормируемые параметры устанавливаются согласно ГОСТ 8865-93.

До 35 кВ

Для маломощных трансформаторов размер зазора между изоляционными прокладками обычно не превышает 6 мм, при этом расстояние от обмотки до наружной стенки резервуара с трансформаторным маслом не должно быть меньше 65 мм. Изоляционный промежуток, который определяется конфигурацией токоведущей и заземляющей частей трансформатора устанавливается размером от 40 мм на каждую сторону.

Трансформатор до 35кВ

110 кВ

При дальнейшем увеличении мощности требовании к качеству изоляции увеличиваются. Так, размер масляного канала возрастает до 10 мм, расстояние от обмотки до стенки масляного бака должно быть не менее 90 мм (если толщина изоляционного слоя превышает 20 мм, то это достояние допустимо уменьшать, но не меньше, чем на 15 мм).

150 кВ

Для трансформаторов средней мощности характерно увеличение расстояния между токопроводящими и заземлёнными элементами – оно составляет 840 мм и должно строго выдерживаться на протяжении всего участка ввода.

трансформатор до 150 кВ

220 кВ

Обязательному контролю подлежат следующие элементы конструкции:

  1. Соединительная арматура.
  2. Целостность свинцовой оплётки.
  3. Зазоры в намотке.
  4. Фактическое заземляющее напряжение.
  5. Изоляция нейтрали.
  6. Индуцирующее напряжение.

Испытания проводят при тестовых значениях напряжений, которые не менее чем на 15 % превышают номинальные.

330 кВ

Контролируются те же параметры, что и в предыдущем случае, с учётом нормативных значений, определяемых стандартом.

330 кВ

500 кВ

Дополнительно принимаются во внимание следующие факторы:

  1. Исполнение трансформатора – открытое или закрытое.
  2. Тип циркуляции воздуха – естественный или принудительный.
  3. Высота установки над уровнем моря.
  4. Колебания внешней температуры воздуха.
  5. Наибольшие колебания нагрузки.
  6. Степень загрязнённости окружающей среды.
  7. Возможные механические воздействия.

Данные проверки сравниваются с нормативными величинами, которые приводятся в ГОСТ Р 52719-2007.

500 кВ

Какие материалы используются

Системы изоляции в силовых трансформаторах состоят из жидкости (либо газа) вместе с твердыми материалами. Жидкости должны иметь высокую температуру вспышки (силиконы, некоторые виды углеводородов, хлорированные бензолы).

Газовые системы включают азот, воздух и фтор газ. Флюорогазы используются, чтобы избежать воспламеняемости и ограничить вторичные эффекты внутренней недостаточности. Иногда используется фреон, который позволяет улучшить теплопередачу с использованием двухфазной системы охлаждения.

Внешняя

Низкая стоимость, высокая диэлектрическая прочность, отличные характеристики теплопередачи и способность восстанавливаться после перенапряжения в диэлектрике делают минеральное масло наиболее широко используемым изоляционным материалом для внутренней изоляции трансформаторов. Газ выгоднее использовать в системах, имеющих продолжительный режим работы при номинальной мощности.

Внешняя изоляция

Внутренняя

Проводники обмотки обычно изолируются эмалированной или обёрточной бумагой на основе дерева или нейлона. Использование таких материалов увеличивает прочность конструкции. При этом предел диэлектрической прочности обычно равен маслу.

Для проводов, идущих от обмотки, обычно используется материал высокой плотности. В этом случае снижаются механические напряжения в масле путём перемещения границы раздела от поверхности проводника к его периферии.  Изоляция из целлюлозы выполняет три функции:

  1. Действует как диэлектрик, накапливая электрический заряд.
  2. Поддерживает обмотки.
  3. Способствует улучшению теплоотвода.

Сроки испытания изолирующих материалов трансформаторов регламентируются приложением 3 Правил технической эксплуатации потребительских электроустановок (ПТЭЭП).

Внутренняя

Помогла статья? Оцените её
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...
Добавить комментарий
Adblock
detector