Изоляция силовых трансформаторов

Содержание

Изоляция силовых трансформаторов

Задача № 1

Задача № 2

Задача № 3

Использованная литература

Изоляция силовых трансформаторов

Электрическая прочность изоляции - одна из основных характеристик трансформатора, определяющая его надежность в эксплуатации. Размеры изоляции существенно влияют на вес и габариты трансформатора, поэтому создание рациональной конструкции изоляции имеет важное значение.

Основные элементы изоляций.

Изоляция трансформатора подразделяется на внутреннюю и внешнюю [Л.2].

Внешней изоляцией называют воздушную изоляцию вне бака трансформатора; к ней относятся воздушная изоляция вводов до заземленных частей и воздушные промежутки между вводами разных обмоток, а также между вводами данной обмотки (разных фаз).

Внутренней изоляцией называют изоляцию частей, находящихся внутри бака трансформатора, большей частью в масле. Внутренняя изоляция в свою очередь подразделяется на изоляцию главную и продольную.

Главной изоляцией называют изоляцию данной обмотки вместе с электрически соединенными с ней экранами, отводами и переключателями относительно корпуса, т.е. по отношению к заземленным частям магнито-провода и бака, а также изоляцию по отношению к соседним обмоткам, электрически не соединенным с нею.

Продольной изоляцией называют изоляцию между электрически соединенными частями обмоток, отводов, экранов и переключателей, имеющих разные потенциалы. На рис. 2-1 показана схема классификации изоляции силового трансформатора [Л. 2].

Изоляция трансформаторов в различных ее частях может быть подвергнута различным воздействиям, чаще всего нескольким сразу, а именно:

электрическим воздействиям, величина которых определяется не только рабочим и испытательным напряжениями, но и коммутационными и атмосферными перенапряжениями; механическим усилиям, действующим на обмотку при коротких замыканиях; тепловым воздействиям, при которых вследствие длительного соприкосновения волокнистой изоляции (и масла) с нагретыми активными материалами происходит ускоренное старение витковой изоляции, и при воздействии переменного электрического поля в сложном диэлектрике (в изоляции трансформатора) также происходит выделение тепла и нагревание изоляции. Это явление носит название диэлектрических потерь.

Температура изоляции оказывает влияние на ее характеристики. При повышении температуры возрастают диэлектрические потери в твердой изоляции и снижается ее электрическая прочность; падает также сопротивление изоляции.

Так как полные потери в диэлектрике зависят, помимо силы электрического поля, и от геометрических размеров изоляции, то для оценки ее состояния принято измерять не сами потери, a tg диэлектрических потерь, который не зависит от размеров изоляции.

)        сложным воздействиям от химических процессов, происходящих в трансформаторах в результате наличия в изоляции посторонних примесей и воздействия температуры.

Наиболее вредными примесями являются:

а) влага, оставшаяся в изоляции при сушке трансформатора;

б) остатки растворителя пропиточного лака, не уда ленного при запекании пропитанных обмоток или при сушке трансформатора;

в) воздушные или газовые включения в изоляции, оставшиеся при заполнении трансформаторным маслом;

г) посторонние примеси (например, волокна) твердой и жидкой изоляции.

Рис. 2-1. Схема классификации изоляции силового масляного трансформатора.

С увеличением содержания влаги в твердой изоляции снижается ее электрическая прочность, а воздействие электрического поля вызывает в ней возрастание диэлектрических потерь. Недостаточное удаление растворителей или неполная полимеризация лака после пропитки повышает диэлектрические потери и снижает электрическую прочность изоляции обмоток, а также вызывает ускоренное окисление и старение изоляционного лака в процессе эксплуатации трансформатора.

Воздушные или газовые включения в бумажно-масляной изоляции трансформатора являются также вредными и не должны оставаться в изоляции при заполнении трансформатора маслом. При воздействии электрического поля на изоляцию в местах скопления воздушных (газовых) пузырьков, например между слоями бумажной изоляции, возникает корона, т.е. слабые частичные разряды, которые повреждают органическую изоляцию. Кроме того, наличие воздушных включений в масле снижает его электрическую прочность. Поэтому высоковольтные трансформаторы заполняют дегазированным маслом под вакуумом, применяют прогрев трансформатора для удаления воздушных включений из лабиринтов изоляции.

Присутствие механических примесей (волокон) в масле способствует переходу растворенной в масле воды в дисперсное состояние и вызывает этим снижение пробивного напряжения масла. Кроме того, механические примеси, оседая, создают мостики, по которым возможен пробой.

Требования, предъявляемые к изоляции трансформаторов, сводятся к одному: изоляция должна выдерживать без повреждения все возможные в эксплуатации воздействия и удовлетворять нормам контрольных испытаний, позволяющих судить о прочности трансформатора в исходном его состоянии при выпуске с завода.

Задача № 1

Для измерения высокого напряжения U применена схема емкостного делителя, состоящего из двух последовательно соединенных конденсаторов С₁ и электростатического вольтметра на напряжение U_В, шунтированного конденсатором ёмкостью С₂. Определить ёмкость каждого из конденсаторов С₁, если ёмкость электростатического вольтметра С_В.

Таблица 1 - Варианты заданий

Решение:

Схема измерения и схема замещения при измерении высокого напряжения с помощью электростатического вольтметра представлены на рисунке 1.

а)                         б)

Рисунок 1 - Схема измерения а) и схема замещения б)

Из схемы замещения определим ёмкость конденсаторов С₁.

Величина тока, протекающего через конденсаторы С₁ по закону Ома забудет равна:

где  - суммарное сопротивление конденсаторов С_В и С₁, для параллельного соединения конденсаторов .

Величину ёмкости конденсаторов С₁ определим из соотношения, составленного по закону Ома:

где  - величина сопротивления цепи последовательного соединения конденсаторов С₁, ;

 - величина падения напряжения в цепи конденсаторов С₁, .

Таким образом, подставляя ,  и  в (1.1), получаем равенство:

откуда находим величину ёмкости конденсатора С₁:

 пФ.

Ответ: С₁₌17,8 пФ.

Задача № 2

Определить пробивное напряжение воздушного промежутка расстоянием h между стержневыми электродами для трёх случаев:

) переменного тока;

) положительной и 3) отрицательной полярности. Один из электродов заземлён. Температура воздуха - t, давление воздуха - Р.

Таблица 2 - Варианты заданий

Решение:

Промежутки стержень-стержень, являются классическим примером симметричного резко неоднородного поля. Электрическая прочность промежутка между двумя проводами очень близка к прочности промежутка стержень-стержень.

Зависимость разрядного напряжения для промежутков с резко неоднородным полем определяют по экспериментальным графикам для стандартных атмосферных условий, представленным на рисунка 2 и 3.

Рисунок 2 - Разрядные напряжения воздушных промежутков при переменном напряжении частотой 50 Гц:

- стержень-плоскость; 2 - стержень - стержень; 3 - провод-стойка опоры; 4 - провод-провод.

изоляция силовой трансформатор масляный

Рисунок 3 - Зависимости пробивного напряжения воздуха от расстояния между электродами в неоднородном поле

Из графиков на рис. 2 и 3 определяем пробивные напряжения для заданных условий:

при переменном токе U_{пр. пер}=700 кВ;

при постоянном напряжении положительной полярности U_{пр. пол}=2900 кВ;

при постоянном напряжении отрицательной полярности U_{пр. отр}=800 кВ;

Приведем величины найденных пробивных напряжений к заданным атмосферным условиям:

при переменном токе

кВ,

при постоянном напряжении положительной полярности

кВ,

при постоянном напряжении отрицательной полярности

кВ,

где δ - относительная плотность воздуха,

где Р₀ и Т₀ - давление и температура, соответствующие нормальным условиям, Р₀=765мм. рт. ст., Т₀=273°К,

Т= Т₀+t=273+19=292°К.

Задача № 3

Определить напряжение пробоя и напряжение перекрытия по поверхности диска выполненного из электротехнического фарфора диаметром d и толщиной h, заключённого между стержневыми электродами диаметром d₁. Принять среднюю напряжённость перекрытия Е_пер, а среднюю напряженность пробоя - Е_пр. Сопоставив полученные результаты, сделать вывод о возможности наступления пробоя. При каких условиях возможен пробой фарфорового диска?

Таблица 3 - Варианты заданий

Решение: Величина напряжения перекрытия по поверхности диска определится по формуле:

,

где  - длина пути перекрытия, по поверхности диска диаметром d и толщиной h, заключённого между стержневыми электродами диаметром d_1,см.

кВ.

Величина напряжения пробоя диска определится по формуле:

кВ,

где h=8 мм - толщина диска.

Из полученных результатов можно сделать вывод, что при повышении напряжения перекрытие по поверхности диска произойдет значительно раньше, чем его пробой, таким образом запас прочности по напряжению пробоя составляет n= /=224/84,7=2,6 раза.

Пробой диска возможен при напряжении перекрытия кВ. При этом диаметр диска определим из условия:

,

отсюда диаметр диска, при котором пробой произойдет раньше, чем перекрытие будет равен:

 см.

Ответ:

Использованная литература

1.      Техника высоких напряжений. Учебник. Под ред. Д.В. Разевига. - М.: Энергия, 1976.

2.      Техника высоких напряжений. Учебное пособие. Под ред. М.В. Костенко. - М.: Высшая школа, 1973.

.        Базуткин В.В. Техника высоких напряжений. Учебник. М.: ЁЁ Медиа, 2012.