Конструкция изоляции силовых трансформаторов.

Основные детали и узлы их назначение

В зависимости от мощности, класса напряжения трансформаторов, принятых испытательных напряжений, промышленной частоты и нормированной импульсной прочности, схем соединений обмоток и способа регулирования напряжения, а также от многих других специфических особенностей конструкции строение главной и продольной изоляции трансформаторов выполняется различно для каждого напряжения [Л. 1, 4, 6]. Здесь мы рассмотрим только принципиальное строение и отдельные типовые конструктивные элементы главной и продольной изоляции трансформаторов.

Рассмотрим вначале основные изоляционные детали и узлы обмотки трехфазного трансформатора 35 кв мощностью 1800 ква (рис. 1-1).

Обмотки НН и ВН (6 и 8) намотаны на бумажно-бакелитовых цилиндрах 5, 7, являющихся как бы каркасом обмотки. В то же время бумажно-бакелитовый цилиндр 7 изолирует обмотки ВН и НН, а цилиндр 5 изолирует обмотку НН от магнитопровода 3.

Вертикальные каналы между цилиндром и проводниками обмотки создают электрокартонные рейки 13 и 15, располагаемые по окружности обмотки, как показано на рис. 1-1. На рейках закрепляют дистанционные прокладки 16, посредством которых создаются горизонтальные каналы. Горизонтальные каналы между катушками данной обмотки по соображениям электрической прочности бывают нескольких размеров, но выполняются обычно из какой-нибудь одной из существующих толщин электрокартона, например 2 или 2,5 мм. Длина прокладок зависит от радиального размера обмотки. На рис. 8-2,а показаны прокладки со скругленными углами. Острые углы создают некоторое неудобство в работе обмотчика и, кроме того, скругление углов прокладок внутренней обмотки позволит более плотно насадить расположенный снаружи изоляционный цилиндр соседней обмотки, а в тех случаях, когда он выполняется мягким, более плотно его намотать. Широко применяются в настоящее время дистанционные прокладки с двумя пазами, показанные на рис. 8-2,а, позволяющие выполнить дополнительное крепление прокладок наружными рейками.

При относительно небольшой мощности трансформатора до 1 800 ква достаточная поверхность охлаждения катушек непрерывной обмотки получается при устройстве каналов не после каждой катушки, а через одну, т. е. каналы между катушками чередуются с шайбами из электрокартона 17 (рис. 1-1). Для облегчения намотки шайбы делают разрезными. По торцам обмоток НН и ВН устанавливают опорные кольца 11 и 14, склеиваемые из электрокартонных шайб. Внутренний диаметр опорного кольца обычно делают на 2— 5 мм больше внутреннего диаметра обмотки, так как в кольцо входят концы реек, а снаружи кольцо внешней обмотки несколько выступает за обмотку.

Детали радиального крепления удерживают обмотки в концентрическом положении относительно стержня магнитопровода и относительно друг друга и образуют для витков внутренних обмоток опоры, воспринимающие направленные внутрь обмоток радиальные усилия короткого замыкания. Радиальное крепление цилиндра обмотки НН на стержне магнитопровода осуществляется нормализованными деревянными стержнями 1, 2 диаметром 12 и l8 мм и планками 4 (рис. 1-1).

Устройство концевой изоляции, т. е. изоляционных деталей, заполняющих промежуток между торцами обмоток и ярмом и ярмовыми балками, различное в трансформаторах разных мощностей и классов напряжения(Л. 1). Характерными элементами концевой изоляции во всех трансформаторах существующей конструкции является ярмовая и уравнительная изоляции.

Рис. 2-2. Элементы главной изоляции силовых трансформаторов.

а — ярмовая изоляция трансформатора на 380 кв, с вынимающимся секторомг б — ярмовая изоляция трансформатора на 220 кв; в — уравнительная изоляция в виде четырех деревянных планок; г — уравнительная изоляция в виде пластин электрокартона с приклепанными прокладками; д — изоляционная прокладка (мост); е — плоский барьер трехфазного трансформатора напряжением ПО кв с П-образными прокладками; ж — междуфазная перегородка;

— мягкая угловая шайба; 1 — шайба (лист); 2 —прокладка; 3 —вставка — заклепка; 5 — П-образная прокладка; 6 — прессованная дистанционная прокладка,

Рис. 2-3. Главная изоляция класса 110 кв. Двухобмоточный трехфазный трансформатор. Испытательное напряжение обмотки ВН 230 кв. 1 — ярмовая изоляция; 2— шайба с П-образными подкладками; 3—-нижний барьер: 4 —-обмотка НН: 5—угловые шайбы; 6 — рейка обмотки ВН; 7 — обмотка ВН; 5 — цилиндры обмотки ВН; 9 — планка из электрокартона; 10 — емкостное кольцо обмотки ВН; 11 —междуфазная перегородка; 12 — шайба с П-образными подкладками; 13 — шайба с приклепанными подкладками; 14 — стальное нажимное кольцо.

Ярмовая изоляция изолирует обмотки от ярм магнитопровода. Ярмовая изоляция трансформаторов 10— 110 кв представляет собой обычно шайбу из электрокартона толщиной 2—3 мм с приклепанными или приклеенными к ней с обеих сторон прокладками. Прокладки образуют каналы для охлаждения ярма и для прохода масла к обмоткам. Необходимая толщина прокладок (размер канала) увеличивается с ростом диаметра стержня и радиального размера обмотки. Число и расположение прокладок ярмовой изоляции соответствует расположению прокладок между катушками обмоток. Прокладки обычно прикрепляют к шайбе ярмовой изоляции так называемыми заклепками из злектрокартона. Так как сквозная приклепка снижает электрическую прочность изоляционной конструкции, -то при напряжении трансформатора 35 кв и выше прокладки, обращенные к обмоткам, сверлят не насквозь, а на часть толщины. Для прохода концов внутренней обмотки в шайбах ярмовой изоляции делают соответствующие вырезы, а в более мощных трансформаторах для облегчения сборки шайбу делают разрезной— с вынимающимся сектором в зоне концов (рис. 2-2,а). В трансформаторах напряжением 220 кв и выше (рис. 2-2,6) шайба ярмовой изоляции состоит обычно из пяти слоев электрокартона; к верхнему и нижнему слоям приклепаны прокладки, в середину вкладывают три слоя электрокартона, разрезанного на части, удобные для сборки и обеспечивающие перекрытие стыков.

Уравнительная изоляция служит для выравнивания обращенной к обмоткам полки ярмовой балки с плоскостью ярма. В рассматриваемом случае уравнительная изоляция выполнена из дерева (рис. 2-2,0). Дерево для этой цели применяется редко из-за относительно низкой механической прочности его на сжатие. В существующих сериях, начиная с мощности трансформаторов 3 200 ква, применяют уравнительную изоляцию из электрокартона. При этом уравнительную изоляцию изготовляют в виде сегментов и полуколец с наклепанными прокладками (рис. 2-2,г). Ширина прокладок уравнительной изоляции такая же, как и ярмовой изоляции (рис. 2-2,5). Толщина прокладок, расположенных с той и с другой сторон пластины, не одинакова: высота прокладок, обращенных к ярмовой изоляции, должна быть больше, чем со стороны полки ярмовой балки, так как между пластиной уравнительной изоляций и шайбой ярмовой изоляции в промежутки между их прокладками выводятся концы внутренних обмоток. Пластина уравнительной изоляции служит изоляционным барьером между выводным концом и полкой ярмовой балки. Верхние прокладки нижней уравнительной изоляции выполняются более длинными и используются, как подставка для перегородки между обмоткой и баком в трансформаторах напряжением 220 кв и выше.

Рис. 2-4. Разрез обмоток понижающего трехоб-моточного автотрансформатора напряжением 220 кв.

1 — верхняя ярмовая балка; 2 — нейтральный конец обмоток ВН и СН: 3 — изоляционный цилиндр обмотки НН; 4 — стальное прессующее кольцо обмотки НН; 5 — стальное прессующее кольцо обмотки СН; 6 — опорное кольцо обмотки НН (электрокартон); 7 — рейка обмотки НН; 8 — обмотка НН; 9 — цилиндры из электрокартона между обмотками СН и НН; 10 — планки из электрокартона между цилиндрами; 11 — рейка обмотки СН; 12 — обмотка СН; 13 — цилиндры из электрокартона между обмотками ВН и СН; 14 — угловые шайбы; 15 — ярмовая изоляция; 16 — уравнительная прокладка; 17 — нижняя ярмовая балка; 18 — прессующее кольцо обмотки ВН; 19 —обмотка ВН.

с РПН в нейтрали.

В трансформаторах малой и средней мощности напряжением до 15 кв размеры изоляционного промежутка от обмоток до ярма и ярмовой балки относительно невелики. Поэтому концевую изоляцию обычно осуществляют в виде деревянных подкладок или деталей из электрокартона, как бы совмещающих в себе и ярмовую и уравнительную изоляции.

Рис. 2-6. Бумажно-масляная главная изоляция силового трансформатора высокого напряжения (фирма Броун-Бовери, Швейцария).

1 — стержень магнитонровода; 2 — обмотка НН; 3 — бумажно-бакелитовый цилиндр; 4 — бумажный цилиндр; 5 — обмотка ВН; 6 — отворот бумажного цилиндра; 7 — прокладка между отворотами.

В главной изоляции обмоток напряжением ПО кв с вводом на конце с испытательным напряжением 230 кв устанавливают два изоляционных цилиндра с угловыми шайбами (рис. 2-2,з). Обмотки ВЫ трансформаторов этих напряжений выполняются с емкостной защитой и запрессовкой посредством стальных колец.

В конструкциях с нажимными кольцами осевой запрессовки обмоток ярмовая и уравнительная изоляции применяются только внизу; вверху концевую изоляцию образуют другие детали (рис. 2-3 и 2-4).

Изоляционные цилиндры 8 — мягкие, толщиной б мм — наматываются из заготовок электрокартона. Высота заготовки равна требуемой высоте цилиндра, стыки частей одного слоя перекрываются и находятся в пролете между рейками обмотки 6 или планками 9, образующими канал между цилиндрами. Угловая шайба 5 представляет кольцевой Г-образный барьер, охватывающий край обмотки. Цилиндрическая и горизонтальные части угловой шайбы расположены вблизи края обмотки примерно перпендикулярно силовым линиям электрического поля и затрудняют развитие пробоя в масле как в радиальном направлении, так и в сторону ярма.

Рис. 2-7. Изоляционные детали из прессованного (склеенного) электрокартона.

а — прокладки: прямоугольная со скосом, фигурная; П-образная; б — рейка; в — кольцо с пазами.

Шайбу (рис. 2-2,з) собирают послойно, из заготовок рольного электрокартона. Надрезы у двух соседних слоев картона должны быть смещены, чтобы не получилось сплошной щели. После сборки угловую шайбу 5 сшивают у торца цилиндрической части и у края отворота и устанавливают, как показано на рис. 2-3. Теперь путь поверхностного разряда будет довольно сложным, необходимо обогнуть два цилиндра и по крайней мере один вертикальный отворот угловой шайбы.

В рассматриваемом трансформаторе установлено по два барьера в верху и в низу обмоток ВН. При испытательном напряжении 200 кв ставят по одному барьеру. Барьеры могут быть плоскими и угловыми. Каналы по обе стороны барьера и перегородки образуются П-образными прессованными прокладками, надеваемыми на барьер со стороны отверстия.

Устройство междуфазных перегородок И барьеров изменяется, если в трехфазном трансформаторе применены обмотки ВН с двумя параллельными ветвями с вводом на конце или с вводом посередине. На рис. 2-4 представлено строение главной продольной изоляции трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов с сочетанием напряжений 220/139/НН /кв, с РПН в общей нейтрали ВН—НН, со следующими испытательными напряжениями: ВН — 460 кв, СН — 230 кв; нейтрали — ВН-СН — 85 кв.

Рис. 2-8. Схема устройства барьеров между фазами в трехфазных трансформаторах.

а — обмотка ВН с вводом посредине; б — обмотка ВН с вводом на конце, нейтраль внизу; в — обмотка ВН с вводами вверху и внизу, нейтраль посредине.

Конструкция и размеры ярмовой изоляции выполнены с учетом вывода регулировочных отводов регулировочной обмотки под прессующими кольцами.

На рис. 2-5 показано строение главной и продольной изоляций трансформатора напряжениемс РПН в ней

с вводом в середину, обмотка СН — непрерывная с двумя уступами, обмотка РО — шестиходовая спираль и включена в нейтраль обмоток ВН и СН, обмотка НН— непрерывная или винтовая.

Бумажно-масляная главная изоляция силового трансформатора высокого напряжения показана на рис. 2-6. Как видно из прилагаемых схем строения главной и продольной изоляции, элементы изоляции, как правило, остаются неизменными, однако общее строение изоляции трансформатора с ростом напряжения значительно усложняется.

На рис. 2-7 и 2-8,а, б, в показаны барьеры и изоляционные детали из прессованного электрокартона. Технологические процессы изготовления элементов изоляции будут изложены в гл. 8 и 9.